Wie sich die Auswahl von kompakten Unterstationen auf die Rentabilität von EV-Ladestationen auswirkt

Technischer Leitfaden.

Praktische Größenlogik, Anwendungsszenarien und Implementierungsleitlinien

Bereitet von HENTG POWER

Energieumwandlung · Intelligentere Verteilung

Dieser Leitfaden erläutert die wichtigsten Auswahlprinzipien, Kapazitätsberechnungen, Anwendungsszenarien und Umsetzungsverfahren für EV-Ladestationen.Wir betrachten die Auswahl von kompakten Umspannwerken als Teil einer integrierten Stromverteilungslösung und nicht nur als einen individuellen Equipmentkauf.

Da sich die städtischen Ladesysteme ausweiten und der Besitz von Elektrofahrzeugen weiter steigt, werden private Ladesäulen zu einer attraktiven Investitionsmöglichkeit.viele Investoren konzentrieren sich zunächst auf die Miete von Grundstücken, Ladegerätebeschaffung und Verkehrsprognosen, wobei die kompakte Umspannstation, die weniger sichtbare, aber wesentliche Komponente hinter dem gesamten Betrieb, übersehen wird.

Problematiken treten häufig erst nach Baubeginn auf: unzureichende Transformatorkapazität, nicht dem Standort entsprechende Gehäuseabmessungen oder Verzögerungen bei der Genehmigung von Versorgungsunternehmen.Ausrüstungsersatz, und Zeitplanunterbrechungen können das ursprüngliche Finanzmodell schnell untergraben.

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Gebäudeverteilungsgeräten verbindet eine EV-Ladestation drei kritische Systeme:

• Das Versorgungsnetz
• Der Transformator und das MV/LV-Verteilsystem
• Die Ladegeräte für Elektrofahrzeuge

Daher sollte die Auswahl nicht nur auf der Grundlage der Gesamtleistung der Ladegeräte basieren: Grenzen der Netzanbindung, Ladeformen, Standortbedingungen, verfügbarer Platz, Betriebskosten,künftige Erweiterung, und lokale Standards müssen alle berücksichtigt werden.

1Die tatsächliche Belastung ist die Grundlage für die Auswahl des Transformators.

Ein häufiger Fehler besteht darin, die Nennleistung eines Ladepunktes mit der Gesamtzahl der Ladegeräte zu multiplizieren und einen Transformator direkt nach dem Ergebnis auszuwählen.Diese Methode spiegelt selten den tatsächlichen Betrieb der Ladestation wider.

Privatfahrzeuge, Busse, Lieferflotten und Schwerlastfahrzeuge haben unterschiedliche Ladesysteme.Bei der Schätzung der tatsächlichen Spitzennachfrage sollte daher ein Gleichzeit- oder Vielfaltfaktor angewendet werden..

Beispiel: Gemeinschaftsladestation

Betrachten wir eine Gemeinschaftsladestation mit zwölf 120 kW Gleichstrom-Schnellladegeräten:

Da es unwahrscheinlich ist, daß alle Fahrzeuge während der Abendspitzenzeit gleichzeitig mit voller Leistung geladen werden, benötigt die Station nicht automatisch einen 1.600 kVA-Transformator.

Bei der endgültigen Einstufung des Transformators sollten auch Leistungsfaktoren, Hilfsbelastungen, Ladereffizienz, Harmonikmerkmale, Umgebungstemperatur, erwartetes Lastwachstum berücksichtigt werden.und die vom Versorger genehmigte Anschlusskapazität.

Pkw-Stationen und Ladezentren für schwere Fahrzeuge unterscheiden sich

Flotten- und Lastwagenladestationen haben im Allgemeinen viel höhere Gleichzeitigkeitskennzahlen als Gemeinschaftsladestationen für Personenkraftwagen.

Logistikfahrzeuge kommen häufig abends oder am frühen Morgen in Chargen an und können länger an Hochleistungsladegeräte angeschlossen bleiben.Der Gleichzeitfaktor kann 0 erreichen..80 ̊0.90Zwei Stationen mit der gleichen Anzahl von Ladestationen können daher je nach Fahrzeugtyp und Betriebsplan sehr unterschiedliche Transformatorkapazitäten benötigen.

Die Grenze der Anschlüsse kommt zuerst

Der Verteilnetzbetreiber genehmigt in der Regel eine maximale Anschlusskapazität.Der Bauunternehmer kann ohne Netzzulassung keine unbegrenzte Transformatorkapazität installieren.Die Erteilung der offiziellen Genehmigung für die Anschlusskapazität und die Bestätigung des Eingangsspannungsniveaus sollten daher vor der Fertigstellung der kompakten Unterstation abgeschlossen werden.

Vermeide sowohl Über- als auch Untergröße

Die Leistung des Transformators wird in kVA ausgedrückt, während die Leistung des Ladegeräts normalerweise in kW ausgedrückt wird. Bei der Umrechnung müssen Leistungsfaktoren und die Gesamtanlageentwurfsmargen berücksichtigt werden.

Ein übergroßer Transformator erhöht:

• Erste Ausrüstungskosten
• Anforderungen für die Zivilrechtliche Gründung
• Kosten für Schaltanlagen und Kabel
• Verluste ohne Last
• Kosten für die routinemäßige Wartung

Ein untergroßer Transformator kann dazu führen, dass die Ladegeräte in Spitzenzeiten die Leistung reduzieren.Ziel ist nicht, den größtmöglichen Transformator auszuwählen, sondern um die wirtschaftlichste Bewertung zu ermitteln, die das tatsächliche Betriebsprofil sicher unterstützen kann.

2. Zwei Hauptkompakte Unterstationskonfigurationen

Bei EV-Ladeprojekten wird üblicherweise entweder eine vorgefertigte kompakte Umspannstation im IEC-Stil, die oft als kompakte Umspannstation im europäischen Stil bezeichnet wird, oder eine padmontierte Lösung im IEEE/ANSI-Stil verwendet.

Die am besten geeignete Konfiguration hängt vom lokalen Netzstandard, den Anforderungen der Versorgungseinrichtungen, dem Standortlayout, der Wartungsstrategie und dem Budget ab.HENTG POWER kann projektspezifische IEC-kompakte Unterstationen und IEEE/ANSI-Pad-mounted Transformatorlösungen mit koordinierter MV-Schaltung bereitstellen, Transformator, Schutz und LV-Verteilungseinrichtungen.

Kompakte Unterstation im europäischen Stil

Eine kompakte Umspannstation im europäischen Stil besteht in der Regel aus drei klar voneinander getrennten Abschnitten:

• Unterteil für Mittelspannungs-Schaltanlagen
• Transformatorfach
• Niederspannungsverteilfach

Das kompartmentierte Design bietet klare Betriebs- und Wartungsbereiche und ermöglicht die getrennte Inspektion von MV-, Transformator- und LV-Ausrüstung.

Zu den Vorteilen gehören:

• Klare funktionelle Trennung
• Bequemer Zugang zur Wartung
• Flexible MV- und LV-Konfigurationen
• Einfacherer Austausch standardisierter Bauteile
• Höhere Anpassungsfähigkeit an komplexe Schutz- und Messanforderungen

Die Hauptnachteile sind ein größerer Fußabdruck, umfangreichere Bauarbeiten und in der Regel eine höhere Anfangskosten als eine kompakte Pad-montierte Anordnung einer ähnlichen Einstufung.

Diese Konfiguration eignet sich häufig für:

• Stadtstraßenladestationen
• Geschäftsanlagen
• Unterirdische Parkplätze
• Öffentliche Ladeknotenpunkte
• Projekte, bei denen mehrere LV-Zuführkreise erforderlich sind
• Standorte mit strengen Anforderungen an den Zugang zur Wartung

Für unterirdische Anlagen erfordern die örtlichen Brandschutzbestimmungen möglicherweise einen Trockentyp-Transformator, eine spezielle Belüftung, eine feuerfeste Konstruktion oder zusätzliche Schutzmaßnahmen.

Die amerikanische Pad-Mounted-Lösung

Ein amerikanischer Pad-mounted Transformator integriert den Transformator und die primären Schalt- oder Schutzkomponenten in ein kompaktes, manipulationsbeständiges Gehäuse.Der Fußabdruck kann erheblich kleiner sein als bei einer konventionellen kompakten Umspannstation im europäischen Stil.Es kann auch die Grundlagenanforderungen reduzieren und die Einrichtung der Baustelle vereinfachen.

Zu den Vorteilen gehören:

• Kompakter Fußabdruck
• Niedrigere Anforderungen für Bauwesen
• Kürzere Installationszeit
• Geeignete Außenkonfiguration
• Kosteneffizientes standardisiertes Design
• Kompatibilität mit Schleif- oder Radialzufuhrsystemen

Es wird üblicherweise angewendet:

• Logistikparks
• Autobahnverkehrsgebiete
• Außenladestationen für Flotten
• Industrieanlagen
• Nordamerikanische und zentralamerikanische Vertriebsnetze

Der Wartungsraum ist in der Regel begrenzter, so dass die Fehlerkontrolle und der Ersatz von Komponenten eine sorgfältigere Planung erfordern können.Hindernisse, Blindseiten-Schnittstellen und eine manipulationssichere Konstruktion.

Schutzniveau des Gehäuses

Die erforderliche Gehäusebewertung hängt von lokalen Normen, Nutzungsvorgaben, Installationsbedingungen und Innenanlagen ab.IP33 wird häufig als Basis-Referenzniveau behandelt, während IP44 oder eine höhere projektspezifische Bewertung in Gebieten mit starkem Niederschlag, hoher Luftfeuchtigkeit, Staub, Salzspray oder Küstenbelastung bevorzugt werden kann.

HENTG POWER kann den Schutz des Gehäuses, die Belüftung, die Korrosionsbekämpfung,und Umweltentwurf je nach Projektstandort, anstatt für jeden Standort ein einheitliches Gehäuse anzuwenden..

3. Kapazitätsberechnungen für typische Ladeszenarien

Fall 1: Gemeinschaftsladestation für PKW

Der Standort ist für acht 120 kW Gleichstromladegeräte vorgesehen, und der Versorger hat eine maximale Anschlusskapazität von 1.000 kVA genehmigt.

Da 657 kVA keine gemeinsame Norm ist, kann eine kompakte Umspannstation im europäischen Stil von 800 kVA ausgewählt werden.

Diese Konfiguration bietet eine angemessene Betriebsmarge, wenn ausreichend LV-Zuführkreise und ein intelligentes Lastmanagementsystem vorhanden sind.Eine begrenzte künftige Ausweitung des Ladegeräts ist möglich, ohne dass die gesamte Umspannstation ersetzt wird, vorbehaltlich tatsächlicher Betriebsdaten und Nutzungsgenehmigung.

Fall 2: Vorstadtlogistik und Ladeknotenpunkt für schwere Lkw

Das Projekt umfaßt zehn 250 kW starke Gleichstromladegeräte, die nachts intensiv geladen werden sollen.

Eine mögliche Konfiguration sind zwei 1.250 kVA-Pad-montierte Transformatoren oder kompakte Unterstationen.

Verglichen mit einem großen Transformator kann eine Doppeltransformatoranordnung Folgendes bieten:

• Leichtere Beförderung und Hebung
• Flexibile Wartung
• Besseres phasenweises Lastmanagement
• Teilbetrieb der Station während der Wartung einer Einheit
• Verringertes Risiko einer vollständigen Einnahmeunterbrechung

Wenn die Transformatoren auf einem gemeinsamen Bus parallel arbeiten, müssen ihr Spannungsverhältnis, ihre Vektorgruppe, ihre Impedanz, ihre Steckposition, ihr Schutz und ihre Lastverteilung richtig aufeinander abgestimmt sein.Ein abgeschnittener LV-Bus kann auch in Betracht gezogen werden, wenn die Betriebskontinuität wichtiger ist als der vollständige parallele Betrieb..

Fall 3: Unterirdische Ladestation in einem Geschäftskomplex

Die unterirdische Parkfläche ist für sechs 75 kW Gleichstromladegeräte vorgesehen.

Eine kompakte Umspannstation von 315 kVA kann unter Beachtung der örtlichen Vorschriften und des erforderlichen Transformatortyps geeignet sein.während getrennte Abteilungen und koordinierte Belüftung thermische Risiken in geschlossenen Räumen reduzieren können.

Nach der Bestimmung der Leistungsfähigkeit des Transformators sind auch die Anzahl und Kapazität der LV-Ausgangsschaltungen zu überprüfen.Durch geeignete Ersatzteile können zukünftige Ladegeräte wesentlich erleichtert und die Erneuerung des gesamten LV-Schaltplatzes verringert werden..

4Details, die sich auf den langfristigen Betrieb auswirken

Wärmebewirtschaftung

Die Lebensdauer des Transformators und die Verfügbarkeit der Ladestation hängen direkt mit der thermischen Leistung zusammen.Hochtemperaturschutz kann funktionieren und zu intermittierenden Laderausfällen führen.

Für Außenunterstationen können natürliche Lüftungsläden verwendet werden, während für Projekte mit heißem Klima eine Luftlüftung hinzugefügt werden kann.Die Entwurfsanlage für die Lüftung von Umspannwerken muss mit der Lüftungsanlage für Gebäude oder Parkhäuser abgestimmt sein..

HENTG POWER bewertet bei der Entwicklung eines projektbezogenen thermischen Designs die Umgebungstemperatur, die Sonnenstrahlung, die Höhe, die Gehäuseabmessungen, die Transformatorverluste und die Lüftungsbedürfnisse.

Kabel, Busstangen und Schaltgeräte

Die Größe der Kabel, Busbars, Leistungsschalter und Schutzvorrichtungen müssen anhand der tatsächlichen Last des Transformators und des Ladegeräts ausgewählt werden.

Die Verringerung der Kosten durch den Einsatz von untergroßen LV-Bremsern oder Busbars kann zu langfristigen Problemen bei Überhitzung und Isolationsalterung führen.Diese Probleme treten möglicherweise nicht während der ersten Inbetriebnahme auf, können jedoch nach mehreren Jahren des Betriebs zu häufigen Störungen und erhöhten Wartungskosten führen.

Die Projektvorgaben sollten daher Folgendes vorschreiben:

• Komponenten von seriösen, vom Projekt genehmigten Herstellern
• Einhaltung der geltenden IEC-, IEEE-, ANSI-, UL-, CSA- oder lokalen Normen
• Überprüfte Kurzschlussfähigkeit
• Richtige Selektivität und Koordinierung der Schutzvorrichtungen
• Ausreichende Stromkapazität der Busstange
• Überprüfung des Temperaturanstiegs
• Angemessener Platz für Kabelendungen

Zukünftige Erweiterung

Bei vielen Ladestationen werden nach drei bis fünf Betriebsjahren weitere Ladestationen hinzugefügt.Bei einer Kapazität von ca. 15% bis 20% und ausreichenden LV-Ausgangskreisen kann die Lebensdauer der Station verlängert werden..

Die zusätzlichen Anfangskosten sind in der Regel viel niedriger als die Gesamtkosten für:

• Ersatz des kompletten Transformators oder Umspannwerks
• Wiederaufbau des bürgerlichen Fundaments
• Ersatz von MV- und LV-Kabeln
• Änderung der Schaltanlage
• Wiederholung von Nutzungsgenehmigungsverfahren
• Unterbrechung des Betriebs der Station während des Wiederaufbaus

Abstand zum Netzanschlusspunkt

Die Entfernung zwischen der kompakten Umspannstation und dem Anschlusspunkt beeinflusst auch die Kosten und Effizienz des Projekts.Installations- und Grabenkosten, Spannungsabfall, Stromverluste und Komplexität der Schutzkoordination.

Wenn praktisch, sollte die kompakte Umspannstation in der Nähe des zugelassenen MV-Anschlusspunktes positioniert werden, wobei der sichere Zugang, die Fahrzeugfreiräume, die Entwässerung, die Belüftung und der Wartungsraum gewahrt bleiben.

5Implementierungsprozess: Von der Netzanwendung bis zur Energieerzeugung

1. Bestätigen Sie die Anschlussbedingungen Die vorläufige Anordnung der Ladestation und die geschätzte Nachfrage dem lokalen Versorgungs- oder Verteilernetzbetreiber vorzulegen.AnschlussmethodeDie anwendbare Spannung kann 10 kV, 11 kV, 13,8 kV, 22 kV, 33 kV oder eine andere lokale Verteilspannung sein.
2. Durchführung einer Standortumfrage- Überprüfen Sie die verfügbare Installationsfläche, die Zugangs- und Hebungsbedingungen, die Deckenhöhe, die Entwässerung, das Hochwasserrisiko, die Belüftung, die Entfernung zwischen den Kabelleitungen, die Wartungsfreigaben,und UmweltbedingungenDie Erhebung bestimmt, ob eine IEC-kompakte Unterstation, eine padmontierte Lösung, eine trockene Anordnung oder ein maßgeschneidertes Gehäuse am besten geeignet ist.
3. Berechnung der tatsächlichen Ladelast- Überprüfen Sie das Ladesystem, die Nennleistung, den Fahrzeugtyp, den Ladeschema, den Simultänitätsfaktor, die Hilfslasten, den Leistungsfaktor, die Harmoniken und die erwartete zukünftige Erweiterung.Verwenden Sie diese Faktoren zur Bestimmung der Transformatorbewertung, Anzahl der Transformatoren, MV-Schaltanlage, LV-Schaltkreise, Gehäusebewertung, Lüftungsmethode, Schutz und Messanordnung.
4. Vorbereitung und Vorlage technischer ZeichnungenDer Hersteller sollte die allgemeine Anordnung Zeichnung, einzeliges Diagramm, Fundament Zeichnung, Kabel-Eingangsplan, Ausrüstungsdatenblätter und Schutzkonfiguration vorbereiten.Diese Dokumente müssen vor Produktionsbeginn dem Dienstleistungs- und Projektberater übermittelt werden.HENTG POWER unterstützt Projektteams bei der Bestätigung technischer Daten, der Entwicklung von SLD und GA, der Auswahl von Komponenten, der Überprüfung von Dokumenten und der individuellen Konstruktion von Umspannwerken.
5. Installieren, testen und aktivieren- Nach der Auslieferung die Ausrüstung in Position zu heben, die Kabelanschlüsse zu vervollständigen und zu testen und in Betrieb zu nehmen.

Zu den typischen Inbetriebnahmeaktivitäten gehören:

• Mechanische Inspektion
• Kabel-Abschluss
• Isolationsprüfung
• Überprüfung der Schutz Einstellungen
• Prüfung des Transformators
• Funktionale Kontrollen
• Prüfung von Kommunikationssystemen
• Inspektion von Versorgungsbetrieben
• Endenergiezufuhr

Unter allen Projektphasen sind die Genehmigung des Anschlusses und die Genehmigung der technischen Zeichnung die beiden wichtigsten Meilensteine.Die gemeinsame Nutzung der vorgeschlagenen Transformator- und Umspannwerksparameter mit dem Versorger in einem frühen Stadium kann den Genehmigungszyklus erheblich verkürzen und die pünktliche Inbetriebnahme unterstützen.

Schlussfolgerung

Die langfristige Rentabilität einer EV-Ladestation wird durch viele technische Details unterstützt.Eine kompakte Umspannstation kann nicht durch Abgleich von nur einer Transformatorklasse mit der Gesamtladekapazität ausgewählt werden..

Die richtige Lösung erfordert ein Gleichgewicht zwischen:

• Anschlussbedingungen für Versorgungsunternehmen
• Wirkliche Spitzennachfrage
• Fahrzeug- und Lademodelle
• Standortbeschränkungen
• Umweltbedingungen
• Wartungsstrategie
• Zukunfts-Erweiterungsanforderungen
• Anwendbare technische Normen

Es wird empfohlen, zuerst die realistische Spitzennachfrage zu ermitteln, die für den Standort geeignete Unterstationskonfiguration auszuwählen und eine angemessene Erweiterungsmarge zu reservieren.Dies hilft, die anfängliche Investition zu kontrollieren und gleichzeitig versteckte Stromverluste zu reduzieren, Ladegeräte abfallen, ungeplante Stillstände und teure zukünftige Rekonstruktionen.

HENTG POWER bietet integrierte Transformator- und Stromverteilungslösungen für die Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen, einschließlich IEC-kompakten Umspannwerken, IEEE/ANSI-Pad-mounted Transformatoren,Integration der MV-Schaltanlage, LV-Verteilungssysteme, Schutzkoordination und projektspezifische technische Unterstützung.