Comment la sélection de sous-stations compactes affecte la rentabilité des stations de recharge de VE

Un guide technique. Une infrastructure de recharge électrique.

Logique pratique de dimensionnement, scénarios d'application et conseils de mise en œuvre

Préparé par HENTG POWER

Transformation de l'énergie · Distribution plus intelligente

Ce guide explique les principaux principes de sélection, les calculs de capacité, les scénarios d'application et les procédures de mise en œuvre des sous-stations de recharge de VE.Nous abordons la sélection de sous-stations compactes comme faisant partie d'une solution intégrée de distribution d'électricité, et non simplement comme un achat d'équipement individuel..

À mesure que les réseaux de recharge urbains se développent et que la propriété des véhicules électriques continue d'augmenter, les bornes de recharge développées par des entreprises privées deviennent une opportunité d'investissement attrayante.Beaucoup d'investisseurs se concentrent initialement sur la location de terrains.La mise en place d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d'un réseau de télécommunications, d

Les problèmes ne surviennent souvent qu'après le début de la construction: capacité insuffisante des transformateurs, dimensions des enceintes qui ne correspondent pas au site ou retards d'approbation des services publics.remplacement de l'équipement, et une perturbation du calendrier peut rapidement saper le modèle financier initial.

À la différence des équipements ordinaires de distribution dans les bâtiments, une sous-station de recharge de véhicules électriques relie trois systèmes critiques:

• Le réseau public
• Le transformateur et le système de distribution MV/LV
• L'équipement de recharge du VE

Par conséquent, la sélection ne devrait pas être basée uniquement sur la puissance totale de la plaque d'immatriculation des chargeurs: limites de connexion au réseau, modèles de charge, conditions du site, espace disponible, coûts d'exploitation,l'expansion future, et les normes locales doivent toutes être prises en considération.

1La charge réelle est la base de la sélection des transformateurs.

Une erreur courante est de multiplier la puissance nominale d'un point de charge par le nombre total de chargeurs et de choisir un transformateur directement en fonction du résultat.Cette méthode reflète rarement le fonctionnement réel des bornes de recharge.

Les véhicules privés, les bus, les flottes de livraison et les camions lourds ont des modes de charge différents.Il convient donc d'appliquer un facteur de simultanéité ou de diversité pour estimer la demande de pointe réelle..

Exemple illustratif: station de recharge communautaire

Considérons une station de recharge communautaire équipée de douze chargeurs rapides en courant continu de 120 kW:

Étant donné qu'il est peu probable que tous les véhicules soient chargés simultanément à pleine puissance pendant le pic du soir, la station n'a pas automatiquement besoin d'un transformateur de 1 600 kVA.

La qualification finale du transformateur doit également tenir compte du facteur de puissance, des charges auxiliaires, de l'efficacité du chargeur, des caractéristiques harmoniques, de la température ambiante, de l'augmentation de la charge attendue,et la capacité de raccordement approuvée par l'entreprise.

Les bornes de recharge des voitures particulières et les bornes de recharge des voitures lourdes sont différentes

Les stations de recharge de flotte et de camions lourds ont généralement des facteurs de simultanéité beaucoup plus élevés que les stations de recharge de voitures particulières.

Les véhicules logistiques arrivent souvent par lots le soir ou tôt le matin et peuvent rester connectés à des chargeurs à haute puissance pendant de longues périodes.le facteur de simultanéité peut atteindre 0.80 à 0.90Deux stations avec le même nombre de chargeurs peuvent donc nécessiter des capacités de transformateur très différentes selon le type de véhicule et le programme de fonctionnement.

La limite de la connexion est la première

L'exploitant du réseau de distribution approuve normalement une capacité maximale de raccordement.le promoteur ne peut pas installer une capacité de transformateur illimitée sans l'approbation du réseauL'obtention de l'approbation officielle de la capacité de raccordement et la confirmation du niveau de tension d'entrée devraient donc être achevées avant la finalisation de la sous-station compacte.

Évitez à la fois d'être trop gros et trop petit

La capacité du transformateur est exprimée en kVA, tandis que la puissance du chargeur est normalement exprimée en kW. La conversion doit tenir compte du facteur de puissance et des marges globales de conception du système.

Un transformateur trop surdimensionné augmente:

• Coût initial de l'équipement
• Exigences relatives à la fondation civile
• Coûts des appareils de commutation et des câbles
• Perte en l'absence de charge
• Frais d'entretien régulier

Un transformateur de petite taille peut obliger les chargeurs à réduire leur puissance pendant les périodes de pointe.L'objectif n'est pas de choisir le plus grand transformateur possible, mais d'identifier la notation la plus économique qui puisse soutenir en toute sécurité le profil d'exploitation réel.

2. Deux principales configurations de sous-stations compactes

Les projets de recharge de véhicules électriques utilisent généralement soit une sous-station compacte préfabriquée de type IEC, souvent appelée sous-station compacte de style européen, soit une solution de type IEEE/ANSI montée sur un tampon.

La configuration la plus appropriée dépend de la norme locale du réseau, des exigences des services publics, de la disposition du site, de la stratégie de maintenance et du budget.HENTG POWER peut fournir des sous-stations compactes IEC spécifiques à un projet et des solutions de transformateurs IEEE/ANSI montés sur des plaquettes avec commutation MV coordonnée, transformateur, protection et systèmes de distribution LV.

Substation compacte de type européen

Une sous-station compacte de type européen comporte normalement trois sections clairement séparées:

• Compartiment de commutateur à tension moyenne
• Compartiment du transformateur
• Compartiment de distribution basse tension

La conception compartimentée fournit des zones d'exploitation et de maintenance claires et permet d'inspecter séparément les équipements MV, transformateur et LV.

Ses avantages sont les suivants:

• Séparation fonctionnelle claire
• Accès pratique à la maintenance
• Configurations flexibles de la MV et de la LV
• Remplacement plus facile des composants normalisés
• Une plus grande adaptabilité aux exigences complexes en matière de protection et de mesure

Les principaux inconvénients sont une plus grande empreinte, des travaux civils plus étendus et généralement un coût initial plus élevé qu'un arrangement compact monté sur un tampon d'une qualité similaire.

Cette configuration est souvent adaptée:

• Stations de recharge urbaines en bordure de route
• Complexes commerciaux
• Parking souterrain
• Centres de recharge publics
• Projets nécessitant plusieurs circuits d'alimentation LV
• Sites soumis à des exigences strictes en matière d'accès à la maintenance

Pour les installations souterraines, la réglementation locale en matière d'incendie peut exiger un transformateur à sec, une ventilation spéciale, une construction résistante au feu ou des mesures de protection supplémentaires.

Solution de type américain montée sur un tampon

Un transformateur à plaquette de style américain intègre le transformateur et les composants de commutation ou de protection primaires dans un boîtier compact et résistant aux manipulations.son empreinte peut être nettement inférieure à celle d'une sous-station compacte classique de type européenIl peut également réduire les exigences en matière de fondation et simplifier l'installation du site.

Ses avantages sont les suivants:

• Une empreinte compacte
• Des exigences moins strictes en matière de construction civile
• Temps d'installation réduit
• Configuration extérieure appropriée
• Conception normalisée rentable
• Compatibilité avec les systèmes d'alimentation en boucle ou à alimentation radiale

Il est couramment appliqué dans:

• Parcs logistiques
• Zones de service routier
• Centres de recharge extérieurs pour les flottes
• Installations industrielles
• Réseaux de distribution en Amérique du Nord et en Amérique centrale

L'espace d'entretien est généralement plus limité, de sorte que l'inspection des défauts et le remplacement des composants peuvent nécessiter une planification plus minutieuse.les barrières, des interfaces à front mort et une construction résistante aux manipulations devraient être incorporées.

Niveau de protection de l'enceinte

La qualification requise des boîtiers dépend des normes locales, des spécifications d'utilité, des conditions d'installation et de l'équipement interne.IP33 est souvent considéré comme un niveau de référence de base, tandis qu'une cote IP44 ou supérieure spécifique au projet peut être préférée dans les zones où les précipitations sont fortes, où l'humidité est élevée, où il y a de la poussière, des saumons ou une exposition côtière.

HENTG POWER peut configurer la protection du boîtier, la ventilation, le traitement anticorrosion,La conception de l'enceinte est basée sur la conception de l'environnement et de la conception en fonction de l'emplacement du projet plutôt que sur l'application d'une enceinte standard à chaque site..

3. Calculs de capacité pour les scénarios de tarification typiques

Cas 1: Station de recharge communautaire pour voitures de tourisme

Le site est prévu pour huit chargeurs en courant continu de 120 kW, et l'entreprise a approuvé une capacité de raccordement maximale de 1 000 kVA.

Étant donné que 657 kVA n'est pas une valeur nominale standard commune, une sous-station compacte de 800 kVA de type européen peut être sélectionnée.

Cette configuration offre une marge de fonctionnement raisonnable.l'expansion future limitée des chargeurs peut être possible sans remplacer la sous-station complète, sous réserve des données d'exploitation réelles et de l'approbation de l'utilité.

Cas 2: Logistique en banlieue et centre de recharge pour camions lourds

Le projet comprend dix chargeurs à courant continu de 250 kW de haute puissance, dont les camions devraient être chargés de façon intensive la nuit, de sorte qu'un facteur de simultanéité de 0,85 est appliqué.

Une configuration possible est de deux transformateurs à plaquette de 1 250 kVA ou de sous-stations compactes.

Comparé à un transformateur de grande taille, un dispositif à deux transformateurs peut offrir:

• Transport et levage plus faciles
• Maintenance plus souple
• Une meilleure gestion de la charge par phases
• Fonctionnement partiel de la station pendant l'entretien d'une unité
• Réduction du risque d'interruption complète des recettes

Si les transformateurs fonctionnent en parallèle sur un bus commun, leur rapport de tension, leur groupe vecteur, leur impédance, leur position, leur protection et leurs caractéristiques de partage de charge doivent être correctement coordonnés.Un bus LV segmenté peut également être envisagé lorsque la continuité opérationnelle est plus importante que la pleine opération parallèle..

Cas 3: Station de recharge souterraine dans un complexe commercial

Le stationnement souterrain est prévu pour six chargeurs CC de 75 kW. Les arrivées de véhicules sont relativement dispersées et un facteur de simultanéité de 0,50 est appliqué.

Une sous-station compacte de 315 kVA peut être adaptée, sous réserve des réglementations locales et du type de transformateur requis.les compartiments séparés et la ventilation coordonnée peuvent réduire les risques thermiques dans les espaces fermés.

Après détermination de l'indice de puissance du transformateur, le nombre et la capacité des circuits de sortie LV doivent également être vérifiés.Des alimentateurs de rechange adéquats peuvent faciliter considérablement les futurs ajouts de chargeurs et réduire la nécessité de remplacer l'ensemble du tableau de bord LV.

4Détails qui affectent le fonctionnement à long terme

Gestion thermique

La durée de vie du transformateur et la disponibilité de la station de recharge sont directement liées aux performances thermiques.la protection contre les températures élevées peut fonctionner et provoquer des arrêt de charge intermittents.

Les sous-stations extérieures peuvent utiliser des volets de ventilation naturels, tandis que la ventilation à air forcé peut être ajoutée pour les projets à climat chaud.la conception de la ventilation de la sous-station doit être coordonnée avec le système de ventilation du bâtiment ou du parking-garage;.

HENTG POWER évalue la température ambiante, le rayonnement solaire, l'altitude, les dimensions de l'enceinte, les pertes de transformateurs et les besoins en ventilation lors de l'élaboration d'une conception thermique spécifique au projet.

Des câbles, des barres de bus et des appareils de commutation

Les dimensions des câbles, des barres de bus, des disjoncteurs et des dispositifs de protection doivent être choisis en fonction de la charge réelle du transformateur et du chargeur.

La réduction des coûts par l'utilisation d'interrupteurs ou de barres d'arrimage LV de taille insuffisante peut créer des problèmes de surchauffe et de vieillissement de l'isolation à long terme.Ces problèmes peuvent ne pas apparaître lors de la mise en service initiale, mais peuvent entraîner des dérapages fréquents et des coûts d'entretien accrus après plusieurs années d'exploitation.

Les spécifications de projet devraient donc exiger:

• Composants provenant de fabricants réputés agréés par le projet
• Conformité avec les normes IEC, IEEE, ANSI, UL, CSA ou locales applicables
• Capacité de résistance au court-circuit vérifiée
• Sélectivité et coordination de la protection des disjoncteurs
• Capacité suffisante de courant de la barre de bus
• Vérification de l'élévation de température
• Espace adéquat pour les terminaisons de câbles

Une expansion future

Beaucoup de bornes de recharge ajoutent de nouveaux chargeurs après trois à cinq ans de fonctionnement.la réserve d'environ 15%~20% de capacité et des circuits de sortie LV suffisants peuvent prolonger la durée de vie de la station.

Le coût initial supplémentaire est normalement beaucoup plus faible que le coût combiné de:

• Remplacement du transformateur ou de la sous-station complet
• Reconstruction des fondations civiles
• Remplacement des câbles MV et LV
• Modification de l'équipement de commutation
• Répétition des procédures d'homologation d'utilité
• Suspension de l'exploitation de la station pendant la reconstruction

Distance du point de raccordement au réseau

La distance entre la sous-station compacte et le point de raccordement des services publics a également une incidence sur le coût et l'efficacité du projet.coûts d'installation et de creusement de tranchées, la chute de tension, les pertes de puissance et la complexité de la coordination de la protection.

Lorsque cela est pratique, la sous-station compacte doit être placée à proximité du point de raccordement MV approuvé tout en maintenant un accès sûr, des espaces libres pour les véhicules, un drainage, une ventilation et un espace de maintenance.

5Le processus de mise en œuvre: de l'application au réseau à l'énergie

1. Confirmer les conditions de connexion- soumettre à l'opérateur local de services publics ou de réseaux de distribution la disposition préliminaire des bornes de recharge et la demande estimée; confirmer la capacité de raccordement approuvée, la tension d'entrée,méthode de connexionLa tension applicable peut être de 10 kV, 11 kV, 13,8 kV, 22 kV, 33 kV ou une autre tension de distribution locale.
2. Effectuer une enquête sur place- vérifier l'espace d'installation disponible, les conditions d'accès et de levage, la hauteur du plafond, le drainage, le risque d'inondation, la ventilation, la distance entre les câbles, les autorisations de maintenance,et les conditions environnementalesL'enquête détermine si une sous-station compacte, une solution montée sur un tampon, un dispositif de type sec ou un boîtier personnalisé est le plus approprié.
3. Calculer la charge de charge réelle¢ Examiner la disposition du chargeur, la puissance nominale, le type de véhicule, le calendrier de charge, le facteur de simultanéité, les charges auxiliaires, le facteur de puissance, les harmoniques et l'expansion future prévue.Utilisez ces facteurs pour déterminer la notation du transformateur, nombre de transformateurs, équipement de commutation MV, circuits LV, classification du boîtier, méthode de ventilation, protection et disposition de mesure.
4. Préparer et soumettre des dessins techniquesLe fabricant doit préparer le dessin général de l'arrangement, le schéma de ligne unique, le dessin de fondation, le plan d'entrée du câble, les fiches de données de l'équipement et la configuration de protection.Soumettez ces documents au consultant en services publics et en projet avant le début de la productionHENTG POWER soutient les équipes de projet avec la confirmation des données techniques, le développement de SLD et GA, la sélection des composants, l'examen des documents et l'ingénierie de la sous-station personnalisée.
5. Installer, tester et mettre en marcheAprès la livraison, soulever l'équipement en position, terminer les connexions de câbles et effectuer les essais et la mise en service.

Les activités de mise en service typiques comprennent:

• Inspection mécanique
• Termination du câble
• Épreuves d'isolation
• Vérification des réglages de protection
• Épreuves du transformateur
• Contrôles fonctionnels
• Épreuves de systèmes de communication
• Inspection des services publics
• L'alimentation finale du réseau

Parmi toutes les étapes du projet, l'approbation du raccordement et l'approbation du dessin technique sont les deux étapes les plus importantes.Le partage des paramètres du transformateur et de la sous-station proposés avec l'entreprise d'électricité à un stade précoce peut réduire considérablement le cycle d'homologation et favoriser la mise en service en temps opportun.

Conclusion

La rentabilité à long terme d'une station de recharge électrique est soutenue par de nombreux détails techniques.une sous-station compacte ne peut pas être sélectionnée en faisant correspondre une seule capacité de transformateur à la capacité totale du chargeur.

La bonne solution nécessite un équilibre entre:

• Conditions de raccordement
• Demandes maximales réelles
• Modèles de chargement et de chargement du véhicule
• Restrictions sur le site
• Conditions environnementales
• Stratégie de maintenance
• Nécessités d'expansion futures
• Normes techniques applicables

L'approche recommandée consiste à déterminer d'abord la demande maximale réaliste, à sélectionner la configuration appropriée de la sous-station pour le site et à réserver une marge d'expansion raisonnable.Cela aide à contrôler l'investissement initial tout en réduisant les pertes de puissance cachées, la détérioration du chargeur, les arrêts imprévus, et la reconstruction future coûteuse.

HENTG POWER fournit des solutions intégrées de transformateur et de distribution d'énergie pour l'infrastructure de recharge des véhicules électriques, y compris des sous-stations compactes IEC, des transformateurs IEEE/ANSI montés sur des plaquettes,Intégration des équipements de commutation MV, les systèmes de distribution LV, la coordination de la protection et le soutien technique spécifique au projet.