A resposta curta é que a maioria das estações de carregamento requer um transformador de distribuição, que pode ser classificado como transformador de média a baixa tensão, e projetado de acordo com as cargas coincidentes reais dos carregadores – não sua classificação de placa, operação com suprimentos ricos em harmônicos por várias horas ao longo do dia e condições de fornecimento específicas do local. Isso geralmente se refere a um transformador montado em base em um estacionamento aberto, a um transformador do tipo resina fundida em uma estrutura feita pelo homem ou garagem subterrânea, a uma subestação pré-fabricada em uma grande estação de carregamento/depósito de ônibus, juntamente com um conjunto de transformadores de corrente adicionais que estão preservando o fornecimento, mas geralmente não atraem atenção até que chegue a hora de fazer um pedido para qualquer medidor ou relé de proteção.
Este guia é para desenvolvedores, contratantes EPC e consultores elétricos que são responsáveis por colocar transformador para uma estação de carregamento de VE em uma especificação. Inclui informações sobre os tipos e classificações de transformadores, harmônicos, para mostrar exemplos de dimensionamento, discutir transformadores de corrente e fornecer uma lista de verificação para os fornecedores. Se você ainda está na fase de planejamento da rede, nossos artigos complementares explicam o que o estudo do DOE diz sobre atualizações de transformadores e alimentadores e o que o relatório do mercado de carregamento de VE de 2025 revela sobre a demanda por transformadores.
Quais Transformadores Estão Entre a Rede e um Carregador de VE?
A principal aquisição refere-se ao transformador que reduz a tensão de fornecimento da utilidade de 10 a 35 kV para a tensão do carregador. Nos países IEC, na maioria dos casos, a tensão do transformador é de 400/230 V a 50 Hz, que a maioria dos carregadores DC ou AC consegue aceitar diretamente. Na América do Norte, às vezes um transformador de tensão muito baixa será usado para converter 480 V em 208Y/120 V para carregadores de Nível 2. O restante deste guia, portanto, foca no transformador do local, pois este é o item de alto valor e longo prazo que determina a energização de um local.
Correspondendo o Tipo de Transformador ao Local de Carregamento
A forma física de um transformador de estação de carregamento de VE é decidida por onde ele ficará, quanta energia o local consome e quem precisa de acesso a ele. A tabela abaixo fornece o ponto de partida usual.
| Local | Demanda típica | Forma usual do transformador | Por quê |
|---|---|---|---|
| Pátio rural ou pequeno estacionamento com alguns pontos AC | Abaixo de 150 kVA | Unidade de óleo montada em poste ou pequena montada em base | Custo mais baixo onde uma linha aérea já está presente |
| Estacionamento de supermercado, hotel ou escritório com AC e DC mistos | 250 a 1.000 kVA | Transformador montado em base trifásico | Compacto, resistente a violação, instala em uma base de concreto ao lado dos carregadores |
| Garagem subterrânea, estacionamento de vários andares ou porão de edifício | 250 a 2.500 kVA | Transformador seco do tipo resina fundida em um invólucro | Sem óleo, isolamento auto-extinguível e aprovação de incêndio mais fácil em ambientes internos |
| Hub de carregamento rápido em rodovias | 1 a 5 MVA | Subestação pré-fabricada com equipamentos de manobra de MV, um ou dois transformadores e um quadro de LV | Entregue como uma unidade testada, o que reduz o trabalho no local |
| Depósito de ônibus ou caminhões, frequentemente com solar e armazenamento | 2 a 10 MVA ou mais | Vários transformadores em subestações pré-fabricadas, às vezes uma conexão de 33 kV | Redundância e espaço para adicionar capacidade de carregamento em etapas |
Transformadores Montados em Base para Estacionamentos Abertos
Um transformador montado em base inclui o equipamento do transformador, as conexões de média tensão e as conexões de baixa tensão em um invólucro trancado. O dispositivo pode ser instalado na borda do estacionamento, perto dos carregadores, reduzindo a quantidade de cabo de baixa tensão necessária. Um carregador DC com uma potência de 120kW utiliza cerca de 186A a 400 V, portanto, cada metro de cabo entre o transformador e as estações de carregamento aumenta o custo do cobre. A Subian constrói transformadores montados em base trifásicos configurados para a tensão de rede do projeto, grupo vetorial e norma.
Transformadores do Tipo Seco para Garagens e Edifícios
Os bombeiros e as seguradoras são cautelosos com aparelhos à base de óleo em estacionamentos fechados. Um transformador do tipo seco feito de resina fundida contorna o reservatório de óleo, a parede de segurança contra incêndio e o protocolo de verificação suficiente que parece ser necessário para dispositivos à base de óleo, trocando isso por um preço um pouco mais alto e uma exigência de um espaço limpo e ventilado projetado. A Subian transformadores tipo seco inclui o unidades de resina epóxi fundida da série SCB de 6 a 10 kV comumente usadas em subestações de edifícios. Para uma comparação mais ampla, veja nosso guia sobre transformadores do tipo seco versus transformadores imersos em óleo.
Subestações Pré-Fabricadas para Hubs e Depósitos
Em casos onde um local requer tanto seu próprio equipamento de média tensão quanto pelo menos dois transformadores, uma subestação construída em fábrica é geralmente a opção mais rápida disponível. A unidade de anel, transformador e quadro de baixa tensão vêm pré-fabricados e testados, restando apenas as tarefas de construir uma fundação, puxar cabos e comissionar no local. A Subian subestação pré-fabricada série YB e Subestação combinada série ZGS cobre esse papel, e nosso guia de subestação compacta explica como especificar uma. Como nosso relatório do mercado de carregamento de veículos elétricos de 2025 mostra que a potência média dos carregadores públicos continua a aumentar, por isso vale a pena deixar espaço no layout para um segundo transformador.
Quais classificações um transformador para uma estação de carregamento de VE deve ter?
Tensão, Tap e Grupo Vetorial
No caso de tensões de fornecimento primário, espera-se que correspondam aos níveis de tensão da rede elétrica local conectada, o que significa que é de 10 a 33 kV conforme as especificações da IEC ou de 12,4 a 34,5 kV na América do Norte. O secundário deve corresponder à entrada do carregador e normalmente tem uma classificação de tensão de 400 V para as especificações da IEC e 480 V para a América do Norte. Um comutador de tap sem carga pode lidar com o problema da tensão de fornecimento primário errada, no entanto, é necessário verificar as especificações do carregador, uma vez que alguns carregadores apresentam uma diminuição no desempenho quando a tensão de entrada é inferior ao esperado.
Para aplicações de carregamento rápido em CC, Dyn11 é o grupo vetorial comumente utilizado em todos os países do padrão IEC. Nosso artigo sobre como funciona um transformador delta-estrela cobre os fundamentos.
Impedância e Nível de Curto-Circuito
A impedância é um compromisso. Seu alto valor reduz a corrente de falta que flui através do equipamento de baixa tensão e mantém a autoproteção dos carregadores dentro de seus limites; por outro lado, aumenta a queda de tensão e causa uma maior distorção de tensão harmônica do transformador. De acordo com a IEC 60076-5, a impedância mínima de curto-circuito para transformadores com classificações de potência inferiores a 630 é de 4 por cento, enquanto para aqueles classificados entre 631 e 1250 kVA é de 5 por cento, que é o caso da maioria dos fabricantes de transformadores.
Perdas: Ajuste o Design ao Perfil de Carga
Carregadores rápidos públicos em uma autoestrada podem ficar ociosos durante grande parte do dia, portanto, a perda de núcleo sem carga que flui durante todo o dia domina a conta de energia. Um design de núcleo amorfo, como o transformador seco de liga amorfa da Subian série SCBH de 10 kV, reduz drasticamente essa perda ociosa. Um depósito de ônibus é o oposto: o transformador opera próximo da carga total por seis a oito horas todas as noites, portanto, a perda de carga é mais importante. Informe ao fornecedor qual padrão seu local segue e verifique as regulamentações locais de perda, como os requisitos de ecodesign da UE para transformadores de distribuição.
Harmônicos e Fator K: O Aspecto Que É Ignorado na Maioria das Especificações
Todos os carregadores de VE são responsáveis pela conversão da corrente CA em CC, operando assim como um tipo de carga não linear. Retificadores de diodo simples de seis pulsos são responsáveis por produzir uma corrente CA contendo harmônicos dos números 5º, 7º, 11º e 13º. A maioria dos carregadores modernos de alta potência utiliza a frente ativa ou o retificador de Viena. Para provar a capacidade efetiva do retificador de Viena, um artigo da IEEE Access indicou que a distorção da corrente de entrada poderia ser inferior a 3.3% e permanecer abaixo do requisito comum de 5%, conforme indicado na IEEE 519.
O aumento das correntes harmônicas levará ao aumento das correntes de Foucault e perdas indesejadas, o que significará que o transformador funcionará em condições mais quentes do que o esperado, com base em sua carga em kVA. A IEEE C57.110 é responsável por fornecer um algoritmo para medir a desclassificação com base em um ou outro espectro harmônico. Nos EUA, tipos secos de transformadores podem ser encontrados sob marcações do tipo K, dependendo do fator K apresentado (UL 1561). Alguns fabricantes recomendam transformadores do tipo K-9 para carregadores de Nível 1 e Nível 2 e K-4 para casos em que o escopo da carga de VE é relativamente pequeno. Não existem práticas onde as práticas de classificação do fator K são aplicadas, portanto, seria mais sábio fornecer ao fabricante o espectro de corrente harmônica esperado.
| Front end do carregador | Ordens harmônicas dominantes | THD de corrente típica | O que isso significa para o transformador |
|---|---|---|---|
| Retificador de diodo de seis pulsos | 5ª, 7ª, 11ª, 13ª | Alto; geralmente excede os limites da IEEE 519 e IEC sem mitigação | Desclassificar conforme a IEEE C57.110, especificar uma unidade classificada K ou adicionar filtragem |
| Retificador de doze pulsos | 11ª, 13ª, 23ª, 25ª | Muito mais baixo do que o de seis pulsos, com a 5ª e 7ª em grande parte canceladas | Perda extra moderada; geralmente coberta por uma margem modesta |
| Front end ativo ou retificador de Viena | Nível baixo, ordens superiores | Geralmente abaixo de 5 por cento na carga nominal | O design padrão é geralmente adequado; confirme com os dados do carregador |
Duas técnicas que podem ser implementadas para minimizar o problema são o deslocamento de fase e a realização de uma avaliação completa da instalação. O deslocamento de fase consiste em distribuir os carregadores entre dois transformadores ou enrolamentos secundários com um ângulo de diferença de fase igual a 30 graus, o que ajudará no cancelamento das 5ª e 7ª harmônicas no nível a montante. A segunda técnica sugere fazer uma avaliação de toda a instalação. Deve-se notar que a IEC 61000-3-12 define padrões harmônicos e estabelece os limites para o funcionamento do equipamento que excede 16 A e até 75 A para cada fase.
Como dimensionar um transformador para uma estação de carregamento de VE
Nossa guia do relatório DOE funciona através de um hub de carregamento rápido DC puro, e o artigo do relatório de mercado dimensiona um depósito de ônibus. Muitos projetos reais são mistos, então aqui está um site de varejo com carregamento AC e DC, além de uma carga de edifício existente.
Suposições: quatro carregadores DC de 120kW têm 75 por cento de fator de coincidência devido à gestão de carga, com eficiência de 95 por cento e fator de potência de 0,98. Doze carregadores AC de 22kW foram considerados com 50 por cento de fator de diversidade, uma vez que os veículos permanecem estacionados por várias horas; valor de potência de 60kVA da iluminação existente, refrigeração e carga da oficina; além de 20 por cento de reserva para carregadores e aquecimento harmônico.
| Carga | Cálculo | Resultado |
|---|---|---|
| Carregadores DC | 4 × 120 kW × 0.75 ÷ 0.95 ÷ 0.98 | Cerca de 387 kVA |
| Carregadores AC | 12 × 22 kW × 0.50 ÷ 0.99 | Cerca de 133 kVA |
| Carga do edifício existente | Conforme medido | 60 kVA |
| Demanda total coincidente | 387 + 133 + 60 | Cerca de 580 kVA |
| Com margem de 20 por cento | 580 × 1.2 | Sobre 696 kVA |
| Próximo tamanho padrão | Prática IEC / montado em pad norte-americano | 800 kVA / 750 kVA |
A exigência de praticamente a mesma capacidade de potência sem gerenciamento de carga requer aproximadamente 842 kVA no início e 1.011 kVA no final, o que se traduz em aproximadamente 1.250 kVA de acordo com as especificações IEC. O gerenciamento de carga é crucial, pois indica dois tipos de transformadores a serem encomendados e, portanto, deve ser especificado antes da colocação do pedido do transformador. Para os passos entre as classificações, consulte nosso guia sobre tamanhos padrão de transformadores, e para os fundamentos, o que significa uma classificação em kVA.
Além da especificação acima, o depósito requer mais uma consideração. Embora transformadores de distribuição padrão possam ser sobrecarregados até certo ponto devido ao fato de que as cargas residenciais esfriam durante a noite, um depósito que carrega seus ônibus apenas durante a noite não pode se beneficiar de tais períodos de resfriamento. É importante seguir as instruções de carga para transformadores preenchidos com óleo dadas na IEC 60076-7 e para transformadores secos na IEC 60076-12, pois isso ajudará a determinar os padrões de carga precisos.
O Local de Carga Deve Ter Seu Próprio Transformador?
Se um edifício tem seu próprio transformador que pode fornecer eletricidade suficiente, vários carregadores CA podem ser conectados a esse fornecimento. O estudo da rede multi-estados dos EUA modelou um transformador de serviço dedicado trifásico para cada local de carregamento rápido DC, e a maioria das concessionárias tem a mesma visão para qualquer coisa acima de algumas centenas de quilowatts. Um dedicado transformador de carregamento de EV também mantém harmônicos do carregador e quedas de tensão longe de outros clientes, simplifica a medição e permite que o local cresça sem perturbar o fornecimento do edifício. Confirme cedo se a concessionária ou o proprietário do local compra a unidade.
No caso de estações de carregamento mistas equipadas com painéis solares ou baterias, outra verificação deve ser realizada. O transformador também pode funcionar na direção oposta no caso de uma bateria descarregar ou quando a energia gerada pelo painel solar excede as necessidades da instalação. Informe o produtor sobre as especificidades da situação para que possam levá-las em consideração ao projetar o dispositivo. O artigo sobre subestação compacta de armazenamento de energia dirá como armazenamento, PCS e transformador trabalham juntos.
Equipamentos de manobra e proteção ao redor do transformador
- Lado MV: uma unidade de anel principal com um interruptor de carga e fusíveis para unidades menores, ou um disjuntor a vácuo com um relé de proteção para unidades maiores, como o XGN15-12 unidade de anel principal isolada a gás da Subian líquido disjuntor a vácuo VS1 interno. Nosso guia de especificação da unidade de anel principal cobre as opções.
- Lado LV: um disjuntor principal, um alimentador de saída para cada carregador ou grupo, e proteção contra surtos. Um quadro de extração como o equipamento de manobra de baixa tensão GCS permite que alimentadores individuais sejam mantidos sem desligar o local.
- Proteção contra corrente residual: a IEC 60364-7-722 exige que cada ponto de carregamento seja protegido contra corrente de falha DC de 6 mA ou mais, seja com um RCD Tipo B ou com um RCD Tipo A mais um dispositivo de detecção de corrente direta residual em conformidade com a IEC 62955.
Quais Transformadores de Corrente uma Estação de Carregamento de VE Necessita?
Transformadores de corrente são uma decisão separada do transformador de potência, mas são especificados ao mesmo tempo. Quando as pessoas procuram um transformador de corrente para estações de carregamento de VE, geralmente se referem a um de quatro dispositivos, cada um com uma função diferente.
| Localização | Tipo de CT | Propósito | Especificação típica |
|---|---|---|---|
| Painel de entrada MV | CT tipo barra ou tipo anel interno com núcleos de medição e proteção | Medição de receita e proteção de relé do alimentador do transformador | 5 A ou 1 A secundário; medição classe 0.2S ou 0.5S; proteção 5P ou 10P |
| Quadro principal LV e alimentadores de carregador | CT LV tipo janela ou tipo barra | Submedição do site e monitoramento de energia por carregador | Classe 0.5S ou 0.2S, razão ajustada à corrente do alimentador |
| Fornecimento de entrada de uma casa ou pequeno local | Braçadeira CT de núcleo dividido | Gerenciamento dinâmico de carga, para que o carregador reduza a potência antes que o fusível principal sobrecarregue | A classificação e o sinal de saída que o fabricante do carregador especifica |
| Dentro dos carregadores AC | CT de corrente residual de faixa mA, sensível a AC e DC | Detecta corrente de falha DC de 6 mA ou mais, conforme exige a IEC 62955 | Integrado pelo fabricante do carregador |
CTs de medição: Escolha uma Classe S
A carga de carregamento é variável, sendo quase zero quando não há baias utilizadas, enquanto carrega até a carga total quando todas as baias estão operacionais. As classes de medição conforme os padrões garantirão a precisão da medição a partir de 5 por cento da corrente nominal e existem classes que cobrem uma faixa estendida, chamada classe S conforme a IEC 61869-2, que pode medir até 1 por cento da corrente nominal. Por exemplo, a Classe 0.2S manteria a precisão da medição dentro de mais/menos 0.2 por cento para correntes entre 20 e 120 por cento da corrente nominal e 0.35 por cento para 5 por cento da corrente nominal. Escolha a razão mais próxima do máximo que esperamos, levando em conta que um carregador DC de 120 kW a 400 V consome aproximadamente 186 A, assim, usar um CT 200/5 seria suficiente. O transformador usado em nossos exemplos é classificado para 800 kVA e a corrente de carga total é aproximadamente 1155 A, assim, um CT 1250/5 é utilizado.
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 transformador de corrente de equilíbrio de núcleo; 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
| Item | 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 |
| Classificações | kVA, primary and secondary voltage, frequency, tap range, vector group and impedance |
| Harmônicos | Charger current THD or harmonic spectrum, and any K-factor requirement |
| Construção | Oil-immersed or dry-type, pad-mounted, kiosk or prefabricated substation, enclosure protection degree |
| Perdas | 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 |
| Normas e documentos | IEC 60076 or IEEE C57, IEC 62271-202 for prefabricated substations, IEC 61869-2 for CTs, test reports and drawings |
Perguntas Frequentes
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.
Referências
- 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
- Estação de carregamento, Wikipedia
Choosing a transformador para uma estação de carregamento 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, novas subestações de energia 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 página de contato, e nossos engenheiros responderão com uma verificação de dimensionamento, desenhos e uma cotação de fábrica.