Краткий ответ заключается в том, что большинство зарядных станций требуют один распределительный трансформатор, который можно классифицировать как трансформатор среднего и низкого напряжения, и который спроектирован в соответствии с фактическими совпадающими нагрузками зарядных устройств – а не их номинальной мощностью, работой с гармоническими нагрузками в течение нескольких часов в день и условиями поставки, специфичными для места установки. Обычно это относится к трансформатору, установленному на площадке в открытой парковке, к трансформатору типа с отливкой из смолы в искусственной конструкции или подземном гараже, к сборному подстанции на крупной зарядной станции/автобусном депо, вместе с набором дополнительных токовых трансформаторов, которые обеспечивают подачу, но обычно не привлекают внимания, пока не приходит время размещать заказ на любые счетчики или защитные реле.
Этот гид предназначен для разработчиков, EPC-подрядчиков и электрических консультантов, которые отвечают за составление трансформатора для зарядной станции электромобилей в спецификацию. Он включает информацию о типах и номиналах трансформаторов, гармониках, чтобы показать примеры расчета размеров, обсудить токовые трансформаторы и предоставить контрольный список для поставщиков. Если вы все еще на этапе планирования сети, наши сопутствующие статьи объясняют что говорит исследование DOE о модернизации трансформаторов и линий изоляции что раскрывает отчет о рынке зарядных станций электромобилей 2025 года о спросе на трансформаторы.
Какие трансформаторы находятся между сетью и зарядным устройством электромобиля?
Основное приобретение относится к трансформатору, который снижает напряжение электроснабжения от 10 до 35 кВ до напряжения зарядного устройства. В странах IEC, в большинстве случаев, напряжение трансформатора составляет 400/230 В при 50 Гц, что большинство DC или AC зарядных устройств могут принимать напрямую. В Северной Америке иногда используется трансформатор с очень низким напряжением для преобразования 480 В в 208Y/120 В для зарядных устройств уровня 2. Остальная часть этого руководства, следовательно, сосредоточена на трансформаторе на площадке, так как это высокоценный элемент с длительным сроком поставки, который определяет или разрушает энергоснабжение площадки.
Соответствие типа трансформатора зарядной площадке
Физическая форма трансформатора зарядной станции электромобиля определяется тем, где он будет установлен, сколько энергии потребляет площадка и кто должен иметь к нему доступ. Таблица ниже дает обычную отправную точку.
| Площадка | Типичное потребление | Обычная форма трансформатора | Почему |
|---|---|---|---|
| Сельская площадка или небольшая парковка с несколькими AC точками | Менее 150 кВА | Установленный на столбе или небольшой трансформатор с масляным охлаждением | Наименьшая стоимость, если уже присутствует воздушная линия |
| Парковка супермаркета, отеля или офиса с смешанными AC и DC | 250 до 1,000 кВА | Трехфазный трансформатор, установленный на площадке | Компактный, устойчивый к вмешательству, устанавливается на бетонной площадке рядом с зарядными устройствами |
| Подземный гараж, многоуровневая парковка или подвал здания | 250 до 2,500 кВА | Трансформатор сухого типа с отливкой из смолы в корпусе | Без масла, самозатухающая изоляция и более легкое получение разрешений на пожарную безопасность в помещениях |
| Узел быстрой зарядки на шоссе | 1 до 5 МВА | Сборная подстанция с MV распределительным оборудованием, одним или двумя трансформаторами и LV щитом | Доставляется как единый испытанный блок, что сокращает время работы на площадке |
| Автобусный или грузовой депо, часто с солнечными панелями и накопителями | 2 до 10 МВА и более | Несколько трансформаторов в сборных подстанциях, иногда с подключением 33 кВ | Резервирование и возможность поэтапного увеличения мощности зарядных устройств |
Напольные трансформаторы для открытых парковок
Напольный трансформатор включает в себя трансформаторное оборудование, соединения среднего напряжения и соединения низкого напряжения в запираемом корпусе. Устройство может быть установлено на краю парковки, рядом с зарядными устройствами, что уменьшает количество необходимого кабеля низкого напряжения. DC зарядное устройство мощностью 120 кВт использует около 186A при 400 V, поэтому каждый метр кабеля между трансформатором и зарядными станциями увеличивает стоимость меди. Subian строит трехфазные трансформаторы на подставке настроенные на проектное сетевое напряжение, векторную группу и стандарт.
Трансформаторы сухого типа для гаражей и зданий
Пожарные и страховые компании настороженно относятся к масляным устройствам в закрытых парковках. Трансформатор сухого типа из литого смолы обходит необходимость в масляном поддоне, противопожарной стене и достаточном протоколе проверки, который, как кажется, необходим для масляных устройств, жертвуя этим немного более высокой ценой и требованием к проектированию чистого, вентилируемого пространства. Subian’s ассортиментом трансформаторов сухого типа включает в себя 6 до 10 кВ серии SCB эпоксидных смоляных литых единиц обычно используемых в строительных подстанциях. Для более широкого сравнения смотрите наше руководство по трансформаторам сухого типа против погруженных в масло.
Сборные подстанции для узлов и депо
В случаях, когда площадка требует как своего собственного оборудования среднего напряжения, так и как минимум двух трансформаторов, заводская подстанция обычно является самым быстрым доступным вариантом. Кольцевая главная единица, трансформатор и низковольтная панель поставляются предварительно подключенными и типоиспытанными, оставляя только задачи по строительству фундамента, прокладке кабеля и пусконаладке на месте. Subian’s Серия сборных подстанций YB изоляции Комбинированная подстанция серии ZGS выполняют эту роль, и наш руководство по компактным подстанциям объясняет, как специфицировать одну. Как наш отчет о рынке зарядки EV 2025 показывает, что средняя мощность общественных зарядных устройств продолжает расти, поэтому имеет смысл оставить место в компоновке для второго трансформатора.
Какие характеристики должен иметь трансформатор для станции зарядки электромобилей?
Напряжение, отводы и векторная группа
В случае первичных питающих напряжений ожидается, что они будут соответствовать уровням напряжения подключенной местной электрической сети, что означает, что это либо 10 до 33 кВ в соответствии со стандартами IEC, либо 12.4 до 34.5 кВ в Северной Америке. Вторичное напряжение должно соответствовать входу зарядного устройства и обычно имеет номинальное напряжение 400 В для стандартов IEC и 480 В для Северной Америки. Не нагруженный переключатель отводов может справиться с проблемой неправильного первичного питающего напряжения, однако необходимо проверить спецификации зарядного устройства, так как некоторые зарядные устройства испытывают снижение производительности, когда входное напряжение ниже ожидаемого.
Для приложений быстрой зарядки постоянным током в странах, следящих за стандартами IEC, обычно используется векторная группа Dyn11. как работает трансформатор дельта-звезда охватывает основы.
Импеданс и уровень короткого замыкания
Импеданс является компромиссом. Его высокое значение снижает ток короткого замыкания, протекающий через низковольтное оборудование, и сохраняет самозащиту зарядных устройств в пределах их пределов; с другой стороны, это увеличивает падение напряжения и вызывает большую гармоническую искаженность напряжения трансформатора. Согласно IEC 60076-5, минимальный импеданс короткого замыкания для трансформаторов с номинальной мощностью менее 630 составляет 4 процента, в то время как для тех, чья мощность составляет от 631 до 1250 кВА, это 5 процентов, что характерно для большинства производителей трансформаторов.
Потери: Соответствие конструкции профилю нагрузки
Общественные быстрые зарядные устройства на автомагистрали могут оставаться бездействующими большую часть дня, поэтому потери в сердечнике без нагрузки, которые происходят круглосуточно, доминируют в счете за электроэнергию. Дизайн с аморфным сердечником, такой как аморфный сплавный сухой трансформатор серии SCBH 10 кВ компании Subian, резко сокращает эти потери в бездействии. Автобусный депо — это противоположность: трансформатор работает почти на полной нагрузке шесть-восемь часов каждую ночь, поэтому потери нагрузки имеют большее значение. Сообщите поставщику, какой режим работы наблюдается на вашем объекте, и проверьте местные нормы потерь, такие как требования экодизайна ЕС для распределительных трансформаторов.
Гармоники и K-фактор: аспект, который упускается из виду в большинстве спецификаций
Все зарядные устройства для электромобилей отвечают за преобразование переменного тока в постоянный, тем самым работая как нелинейный тип нагрузки. Простые шести-пульсные диодные выпрямители отвечают за производство переменного тока, содержащего гармоники 5-го, 7-го, 11-го и 13-го порядков. Большинство современных высокомощных зарядных устройств используют активный фронт или выпрямитель Вены. Чтобы подтвердить эффективные возможности выпрямителя Вены, статья IEEE Access указала, что искажение входного тока может быть менее 3.3% и оставаться ниже общего требования 5%, как указано в IEEE 519.
Рост гармонических токов приведет к увеличению вихревых токов и потерь, что будет означать, что трансформатор будет работать в более теплых условиях, чем ожидалось, исходя из его нагрузки в кВА. IEEE C57.110 отвечает за предоставление алгоритма для измерения снижения мощности на основе того или иного гармонического спектра. В США сухие трансформаторы могут быть найдены под маркировкой K в зависимости от представленного K-фактора (UL 1561). Некоторые производители рекомендуют трансформаторы типа K-9 для зарядных устройств уровня 1 и 2 и K-4 для случаев, когда объем нагрузки от электромобиля относительно мал. Практики применения оценок K-фактора отсутствуют, поэтому было бы разумнее предоставить производителю ожидаемый гармонический спектр тока.
| Передняя часть зарядного устройства | Доминирующие гармонические порядки | Типичное THD тока | Что это означает для трансформатора |
|---|---|---|---|
| Шестипульсный диодный выпрямитель | 5-й, 7-й, 11-й, 13-й | Высокий; обычно превышает пределы IEEE 519 и IEC без смягчения | Снизить мощность согласно IEEE C57.110, указать устройство с K-рейтинговой оценкой или добавить фильтрацию |
| Двенадцатипульсный выпрямитель | 11-й, 13-й, 23-й, 25-й | Значительно ниже, чем у шестипульсного, с 5-м и 7-м гармониками, в значительной степени компенсированными | Умеренные дополнительные потери; обычно покрываются скромной маржей |
| Активная передняя часть или венский выпрямитель | Низкий уровень, более высокие порядки | Обычно ниже 5 процентов при номинальной нагрузке | Стандартный дизайн обычно достаточен; подтвердите с данными зарядного устройства |
Две техники, которые можно реализовать для минимизации проблемы, это фазовый сдвиг и полная оценка установки. Фазовый сдвиг заключается в распределении зарядных устройств между двумя трансформаторами или вторичными обмотками с углом фазового сдвига, равным 30 градусам, что поможет в компенсации 5-х и 7-х гармоник на уровне выше. Вторая техника предполагает проведение оценки всей установки. Следует отметить, что IEC 61000-3-12 определяет гармонические стандарты и устанавливает пределы для работы оборудования, превышающего 16 А и до 75 А для каждой фазы.
Как рассчитать размер трансформатора для зарядной станции электромобилей
Наши отчету DOE работает через чистый узел быстрой зарядки постоянным током, и статья рыночного отчета размеры автобусного депо. Многие реальные проекты смешанные, поэтому здесь представлен розничный объект с зарядкой как переменным, так и постоянным током, плюс существующая нагрузка здания.
Предположения: четыре зарядных устройства постоянного тока мощностью 120 кВт имеют коэффициент совпадения 75 процентов из-за управления нагрузкой, с эффективностью 95 процентов и коэффициентом мощности 0.98. Двенадцать зарядных устройств переменного тока мощностью 22 кВт были рассмотрены с коэффициентом разнообразия 50 процентов, поскольку автомобили остаются припаркованными на несколько часов; мощность 60 кВА существующего освещения, холодильного и рабочего оборудования; плюс 20 процентов резерва для зарядных устройств и гармонического нагрева.
| Нагрузка | Расчет | Результат |
|---|---|---|
| Зарядные устройства постоянного тока | 4 × 120 кВт × 0.75 ÷ 0.95 ÷ 0.98 | Около 387 кВА |
| Зарядные устройства переменного тока | 12 × 22 кВт × 0.50 ÷ 0.99 | Около 133 кВА |
| Существующая нагрузка здания | По измерениям | 60 кВА |
| Общий совпадающий спрос | 387 + 133 + 60 | Около 580 кВА |
| С 20-процентной маржей | 580 × 1.2 | Около 696 кВА |
| Следующий стандартный размер | Практика IEC / Североамериканский настенный монтаж | 800 кВА / 750 кВА |
Требование практически той же мощности без управления нагрузкой требует примерно 842 кВА на начальном этапе и 1,011 кВА в конце, что соответствует примерно 1,250 кВА согласно спецификациям IEC. Управление нагрузкой имеет решающее значение, так как оно указывает на два типа трансформаторов, которые необходимо заказать, и, следовательно, должно быть указано до размещения заказа на трансформатор. Для шагов между номиналами смотрите наше руководство по стандартным размерам трансформаторов, и для основ, что означает номинал кВА.
В дополнение к вышеуказанной спецификации, депо требует еще одного соображения. Хотя стандартные распределительные трансформаторы могут быть перегружены в определенной степени из-за того, что жилые нагрузки остывают ночью, депо, которое заряжает свои автобусы только ночью, не может воспользоваться такими периодами охлаждения. Важно следовать инструкциям по загрузке для трансформаторов с масляным заполнением, указанным в IEC 60076-7, и для сухих трансформаторов в IEC 60076-12, так как это поможет определить точные схемы зарядки.
Должен ли зарядный пункт иметь свой собственный трансформатор?
Если здание имеет свой собственный трансформатор, который может обеспечить достаточно электроэнергии, несколько зарядных устройств переменного тока могут быть подключены к этому источнику. Исследование многогосударственной сети США смоделировало выделенный трехфазный сервисный трансформатор для каждой станции быстрой зарядки постоянным током, и большинство коммунальных служб придерживаются того же мнения для всего, что превышает несколько сотен киловатт. Выделенный трансформатор зарядки электромобилей также защищает гармоники зарядного устройства и провалы напряжения от других клиентов, упрощает учет и позволяет площадке расти без нарушения электроснабжения здания. Подтвердите заранее, кто из коммунальных служб или владелец площадки покупает устройство.
В случае смешанных зарядных станций, оснащенных солнечными панелями или батареями, необходимо провести еще одну проверку. Трансформатор также может работать в обратном направлении в случае, если батарея разряжается или когда мощность, вырабатываемая солнечной панелью, превышает потребности объекта. Сообщите производителю о специфике ситуации, чтобы они могли учесть их при проектировании устройства. Статья о компактная подстанция для хранения энергии расскажет вам, как хранилище, PCS и трансформатор работают вместе.
Оборудование и защита вокруг трансформатора
- Сторона СВ: кольцевая главная установка с выключателем нагрузки и предохранителями для меньших единиц или вакуумный автоматический выключатель с защитным реле для больших, таких как кольцевая главная установка Subian XGN15-12 с газовой изоляцией или Внутренний вакуумный автоматический выключатель VS1. Наш справочник по спецификациям кольцевых главных установок охватывает варианты.
- Сторона НН: главный автомат, выходной фидер для каждого зарядного устройства или группы и защита от перенапряжений. Съемная панель, такая как низковольтное оборудование GCS позволяет обслуживать отдельные фидеры без отключения площадки.
- Защита от остаточного тока: IEC 60364-7-722 требует, чтобы каждая точка зарядки была защищена от постоянного токового короткого замыкания 6 мА или более, либо с помощью УЗО типа B, либо с помощью УЗО типа A плюс устройство обнаружения остаточного постоянного тока, соответствующее IEC 62955.
Какие трансформаторы тока нужны для станции зарядки электромобилей?
Трансформаторы тока являются отдельным решением от силового трансформатора, но они специфицируются одновременно. Когда люди ищут трансформатор тока для станций зарядки электромобилей, они обычно имеют в виду одно из четырех устройств, каждое из которых выполняет свою задачу.
| Местоположение | Тип CT | Цель | Типичная спецификация |
|---|---|---|---|
| Входной щит MV | Внутренний трансформатор тока типа шина или кольцо с измерительными и защитными сердечниками | Коммерческое измерение и релейная защита питающего трансформатора | 5 A или 1 A вторичное; класс 0.2S или 0.5S для измерения; 5P или 10P для защиты |
| Главный щит LV и питающие линии зарядных устройств | Оконный или шина-тип LV трансформатор тока | Суб-учет на площадке и мониторинг энергии по зарядному устройству | Класс 0.5S или 0.2S, соотношение, соответствующее току питающей линии |
| Входное питание дома или небольшой площадки | Зажим трансформатора тока с раздельным сердечником | Динамическое управление нагрузкой, чтобы зарядное устройство ограничивало мощность перед перегрузкой глав fuse | Номинал и выходной сигнал, указанные производителем зарядного устройства |
| Внутри AC зарядных устройств | Трансформатор тока с диапазоном мА, чувствительный к AC и DC | Обнаруживает постоянный ток короткого замыкания 6 мА или более, как требует IEC 62955 | Встроен производителем зарядного устройства |
Измерительные трансформаторы тока: выберите класс S
Нагрузка на зарядку переменная, почти нулевая, когда нет используемых мест, и полная нагрузка, когда все места работают. Классы измерения в соответствии со стандартами гарантируют точность измерения, начиная с 5 процентов от номинального тока, и есть классы, которые охватывают расширенный диапазон, так называемый класс S в соответствии с IEC 61869-2, который может измерять до 1 процента от номинального тока. Например, класс 0.2S будет поддерживать точность измерения в пределах плюс/минус 0.2 процента для тока от 20 до 120 процентов от номинального тока и 0.35 процента для 5 процентов от номинального тока. Выберите соотношение, ближайшее к максимальному, которое мы ожидаем, учитывая, что 120 кВт DC зарядное устройство при 400 В потребляет примерно 186 A, таким образом, использование 200/5 трансформатора тока будет достаточным. Трансформатор, использованный в наших примерах, рассчитан на 800 кВА, а полный ток нагрузки составляет примерно 1155 A, таким образом, используется 1250/5 трансформатор тока.
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 трансформатор тока с балансом сердечника; 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
| Артикул | 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 |
| Номиналы | kVA, primary and secondary voltage, frequency, tap range, vector group and impedance |
| Гармоники | Charger current THD or harmonic spectrum, and any K-factor requirement |
| Конструкция | Oil-immersed or dry-type, pad-mounted, kiosk or prefabricated substation, enclosure protection degree |
| Потери | 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 |
| Стандарты и документы | IEC 60076 or IEEE C57, IEC 62271-202 for prefabricated substations, IEC 61869-2 for CTs, test reports and drawings |
Часто задаваемые вопросы
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.
Ссылки
- 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
- Зарядная станция, Википедия
Choosing a трансформатора для зарядной станции электромобилей 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, новые энергетические подстанции 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 страницу контактов, и наши инженеры ответят с проверкой размеров, чертежами и заводской ценой.