Сколько зарядных устройств для электромобилей реально может поддерживать трансформатор мощностью 1000 кВА?

Трансформатор мощностью 1000 кВА при реалистичном планировании может поддерживать около 54 одновременно работающих зарядных точек переменного тока мощностью 11 кВт или четыре зарядные станции постоянного тока мощностью 120 кВт — если для примера зарезервировать 20% мощности трансформатора и выделить 200 кВА на существующие нагрузки объекта. Это примеры для планирования, а не универсальные ограничения. Специализированный зарядный объект с другими условиями эксплуатации может поддерживать больше зарядных точек, а общая коммерческая сеть электроснабжения — меньше.

Проблема обычно возникает, когда схему парковки утверждают до проверки электрической мощности. Деление 1000 на заявленную мощность каждой зарядной станции в киловаттах завышает доступную мощность, если не учитывать потребление здания, потери преобразования, коэффициент мощности и эксплуатационный резерв. Важно определить не просто количество зарядных станций, которые можно установить, а сколько из них смогут одновременно обеспечивать заявленную мощность, не превышая электрические ограничения объекта.

Сначала определите бюджет мощности для зарядки, а не количество зарядных станций

Номинальная мощность трансформатора в кВА характеризует полную мощность. Зарядные станции обычно указывают в кВт, то есть в единицах активной мощности. Эти значения близки только при коэффициенте мощности, близком к единице; они не взаимозаменяемы.

Для предварительной оценки определите консервативный бюджет мощности для зарядки:

Доступная мощность для зарядки, кВА = допустимая нагрузка трансформатора − совпадающая по времени нагрузка, не связанная с зарядкой − отдельно выделенная мощность на вспомогательные нагрузки.

«Допустимая нагрузка» должна учитывать фактические условия установки трансформатора, охлаждение, температуру окружающей среды, требования энергоснабжающей организации и эксплуатационную политику. Не существует универсального правила, согласно которому каждый трансформатор должен работать только на 80% номинальной мощности. В данном примере 80% используется как ориентировочный резерв при планировании; это не обязательное снижение номинальной мощности и не замена инженерной оценке.

Например, для трансформатора мощностью 1000 кВА согласованный плановый предел составляет 800 кВА. Если зданию и другим совпадающим по времени нагрузкам требуется 200 кВА, для зарядки остается около 600 кВА. Охлаждение зарядных станций, освещение, оборудование для приема платежей и другие вспомогательные нагрузки необходимо учесть в распределении мощности, а не исключать из расчета.

Вычитание значений в кВА — полезный консервативный метод предварительной оценки. При детальном проектировании следует суммировать активную и реактивную мощность и оценивать токи по фазам, особенно если нагрузки имеют разные коэффициенты мощности или существенный дисбаланс.

Пересчитайте номинальные характеристики зарядных станций в нагрузку на трансформатор

Для зарядки постоянным током заявленная мощность обычно означает выходную мощность, подаваемую на автомобиль. Источник питания переменного тока должен также покрывать потери преобразования:

Входная мощность зарядной станции постоянного тока, кВА ≈ выходная мощность постоянного тока, кВт ÷ КПД ÷ коэффициент мощности на входе.

Гипотетическая зарядная станция постоянного тока мощностью 120 кВт при КПД 95% и коэффициенте мощности на входе 0,99 требует около 127,6 кВА при полной выходной мощности. Четырем станциям потребуется около 510 кВА, пяти — около 638 кВА. При бюджете мощности для зарядки 600 кВА четыре станции укладываются в предел при полной номинальной мощности, а пять — нет.

При зарядке переменным током зарядная точка подает переменный ток на бортовое зарядное устройство автомобиля. Если данные доступны, используйте заявленный максимальный входной ток или мощность зарядной точки переменного тока. Не применяйте к зарядной точке переменного тока допущение о КПД зарядной станции постоянного тока: потери преобразования бортового зарядного устройства уже учитываются в пределах входной мощности переменного тока.

Входная мощность зарядной точки переменного тока, кВА ≈ входная мощность переменного тока, кВт ÷ коэффициент мощности.

В приведенном ниже сравнении используется бюджет мощности для зарядки 600 кВА, коэффициент мощности на входе 0,99 и КПД 95% только для зарядных станций постоянного тока. Количество округлено вниз; предполагается, что каждая указанная точка одновременно работает на заявленной мощности.

Это гипотетические расчеты, а не заявления производителей о характеристиках оборудования. Запросите у предполагаемого поставщика зарядных станций данные о входной мощности, кривые КПД, истинный коэффициент мощности и потребление вспомогательных систем. Для шкафов зарядки постоянным током с распределением мощности учитывайте максимальную входную мощность шкафа, а не суммируйте номиналы разъемов, которые не могут одновременно отдавать полную мощность.

Количество установленных разъемов и одновременная зарядка — разные параметры

На парковке предприятия может потребоваться много подключенных автомобилей, но при этом общая потребляемая мощность может быть сравнительно невысокой. На зарядной станции на автомагистрали может потребоваться меньше разъемов, работающих на высокой мощности и с небольшими возможностями планирования графика. Поэтому при одном и том же трансформаторе количество полезных зарядных точек может существенно различаться.

Рассмотрим 80 установленных зарядных точек переменного тока мощностью 11 кВт. При полной мощности и коэффициенте мощности 0,99 их совокупная нагрузка составит около 889 кВА, что превышает предусмотренный в примере лимит 600 кВА для зарядки. Их все равно можно установить при наличии правильно спроектированной системы управления нагрузкой, но все точки не смогут одновременно получать по 11 кВт.

При ограничении активной мощности 594 кВт, примерно соответствующем 600 кВА при коэффициенте мощности 0,99, равномерное распределение мощности между 80 одновременно заряжающимися автомобилями составит в среднем около 7,4 кВт на автомобиль, без учета отдельно рассчитанных вспомогательных нагрузок. Фактическое распределение зависит от ограничений автомобилей, минимального зарядного тока, конфигурации фаз и логики контроллера.

Динамическое управление нагрузкой позволяет изменить количество поддерживаемых разъемов, но не увеличивает мощность трансформатора. Его задача — регулировать спрос на зарядку при изменении нагрузки здания. На объекте с общей системой электроснабжения контроллер должен измерять нагрузку в общей точке подключения, а не исходить из предположения, что здание всегда потребляет фиксированную мощность.

• Установите обязательные ограничения общей нагрузки и тока каждой фазы.
• Определите приоритеты зарядки, например время отъезда или минимальные требования автопарка к запасу энергии.
• Задайте безопасный резервный предел на случай отказа счетчиков, связи или центрального контроллера.
• При вводе в эксплуатацию убедитесь, что зарядные станции действительно выполняют команды на снижение мощности.

Расчетный график, основанный на предположении, что «одновременно будут заряжаться только половина водителей», не равнозначен обязательному электрическому ограничению. Без надежных данных и средств управления совпадающая по времени нагрузка может возрасти именно тогда, когда здание также потребляет больше всего.

Проверьте, достаточно ли доступной мощности для обеспечения необходимого объема энергии

Одной оценки электрической мощности недостаточно, чтобы определить, будет ли схема зарядки работать в реальных условиях. Автомобилям также нужно получить достаточно энергии до отъезда. Это особенно важно, если большое количество разъемов планируется обеспечить за счет распределения мощности.

В качестве гипотетического расчета для автопарка: 80 автомобилям, каждому из которых требуется 30 кВт·ч, необходимо передать в аккумуляторы 2400 кВт·ч. При восьмичасовом окне зарядки средняя потребность со стороны аккумуляторов составит 300 кВт. Потребность в энергии на входе будет выше, поскольку также необходимо покрыть потери при зарядке и потребление вспомогательных систем.

Такая нагрузка может укладываться в ориентировочный лимит 600 кВА, но среднее значение не учитывает ограничения графика. Поздний приезд, ранний отъезд, повышенное потребление в холодную погоду и более низкая допустимая мощность зарядки переменным током у отдельных автомобилей могут привести к неравномерной передаче энергии. Проверяйте наиболее напряженный реалистичный период эксплуатации, а не только общее количество ночных часов.

Для публичной зарядки постоянным током оцените, как распределение мощности влияет на ожидаемый уровень обслуживания. Установка шести зарядных станций по 120 кВт в пределах одного и того же лимита может быть технически осуществима при наличии системы управления, однако шесть одновременных сеансов зарядки не смогут поддерживать мощность 120 кВт каждый. Снижение мощности при заполнении аккумулятора может уменьшить нагрузку, но его нельзя считать гарантированным запасом мощности.

Убедитесь, что трансформатор — не единственное ограничивающее звено

Даже если суммарный расчет мощности в кВА сходится, установка может быть ограничена другими элементами. Для трансформатора мощностью 1000 кВА при трехфазном напряжении 400 В номинальный ток вторичной обмотки составляет приблизительно 1443 А:

Ток = 1,000,000 ВА ÷ (√3 × 400 В).

Это расчет номинального тока по паспортным данным, а не разрешение нагружать все компоненты ниже по сети до этого значения. Главный распределительный щит, вводные проводники, аппараты защиты и подключение к сети могут иметь более низкие допустимые пределы.

Баланс фаз и пропускная способность фидеров

Однофазные зарядные станции переменного тока могут перегрузить одну фазу, даже если общая трехфазная нагрузка выглядит допустимой. Распределите цепи по фазам и проверьте нагрузку каждой фазы при реалистичной занятости парковки. В больших парковочных зонах важно также падение напряжения на фидерах: допустимая нагрузка трансформатора не гарантирует приемлемое напряжение на самой удаленной зарядной точке.

Тепловые условия и качество электроэнергии

Высокая температура окружающей среды, ограниченная вентиляция, высота над уровнем моря и условия установки в корпусе могут снизить полезную мощность трансформатора. Уточните у поставщика трансформатора допустимую нагрузочную способность для конкретных условий, а не вводите произвольный коэффициент снижения мощности. Длительная зарядка автопарка создает иной тепловой режим, чем кратковременный пик нагрузки здания.

Также необходимо учитывать гармоники и истинный коэффициент мощности, обусловленные силовой электроникой зарядных станций. Высокий коэффициент мощности основной гармоники сам по себе не характеризует токи, связанные с искажениями. При необходимости изучите данные по гармоникам и их влияние на потери трансформатора, кабели и нагрузку нейтрали.

Защита и допустимая мощность электроснабжения

Поручите проектировщику электрической части проверить уровни токов короткого замыкания, селективность защиты, заземление, соответствующие требования к защите от остаточного тока и местные требования к монтажу. Требования к длительной нагрузке могут влиять на выбор сечения цепей и оборудования; их не следует упрощать до универсального процента нагрузки трансформатора. Энергоснабжающая организация может также независимо от номинальной мощности трансформатора ограничить максимальную нагрузку.

Рассматривайте резервную генерацию отдельно от обычной мощности для зарядки

На объектах, где необходимо обеспечить электроснабжение во время отключений, следует отдельно составить график нагрузки для работы от генератора. Резервный генератор не увеличивает автоматически доступную мощность сети, питаемой от трансформатора. Обычные схемы переключения выбирают один из источников; параллельная работа требует специально спроектированной и разрешенной системы.

Для отдельных критически важных нагрузок дизельный генераторный агрегат с шумозащитным кожухом указан с номинальной мощностью 50–500 кВА в основном режиме и 55–550 кВА в резервном режиме, номинальным коэффициентом мощности 0.8, а также опциональными ATS и системой удаленного мониторинга. При мощности 500 кВА и номинальном коэффициенте мощности 0.8 соответствующая активная мощность составляет 400 кВт, а не 500 кВт.

Выделенная для зарядки мощность должна оставаться в пределах возможностей генератора как по кВт, так и по кВА после подключения критически важных нагрузок здания. Необходимо проверить совместимость с нелинейными нагрузками, скачки нагрузки, реакцию напряжения и частоты, а также режим работы. Практичная стратегия на случай отключения электроэнергии может предусматривать отключение публичных зарядных станций или сохранение ограниченной мощности для автопарка вместо попытки воспроизвести обычный режим работы от сети.

Определите решение по мощности до заказа зарядных станций

Составьте спецификацию закупки с учетом трех отдельных параметров:количество установленных разъемов, гарантированная одновременная выходная мощность зарядки и максимально допустимая нагрузка объекта. Если указать только количество разъемов, проект может соответствовать плану парковки, но не оправдать ожидания по эксплуатации.

1. Определите существующую нагрузку. Получите репрезентативные данные измерений нагрузки через заданные интервалы, включая сезонные пики и токи по фазам. Уточните планируемое расширение здания.
2. Согласуйте условия эксплуатации. Зафиксируйте условия нагрузки трансформатора, ограничения энергоснабжающей организации, номинальные характеристики оборудования ниже по сети и мощность, зарезервированную для расширения.
3. Рассчитайте входную нагрузку зарядных станций. Используйте входные характеристики поставщика для предполагаемого напряжения, включая вспомогательные нагрузки и работу шкафов с распределением мощности.
4. Проверьте параметры зарядной услуги. Сопоставьте график прибытия и отъезда, требуемую энергию и условия одновременного использования с предлагаемым ограничением мощности.
5. Проверьте работу функций ограничения. Испытайте реакцию на рост нагрузки здания, одновременный запуск зарядных станций, ограничения по фазам и потерю связи.

Модернизация необходима, если доступного бюджета мощности для зарядки недостаточно для обеспечения требуемого запаса энергии автомобиля или гарантированной одновременной выходной мощности даже при реалистичном графике. Если потребность в энергии укладывается в доступные пределы, но запрашиваемая мощность подключения слишком высока, управляемое распределение мощности может избавить от ненужной замены трансформатора. Именно это позволяет определить, действительно ли трансформатор мощностью 1000 кВА недостаточен или требуется лишь лучше проработать план зарядки.