Como a Seleção de Subestações Compactas Afeta a Lucratividade de Estações de Carregamento de Veículos Elétricos

Guia Técnico Infraestrutura de Carregamento EV

Lógica prática de dimensionamento, cenários de aplicação e orientações de implementação

Preparado pela HENTG POWER

Transformação de energia · Distribuição mais inteligente

Este guia explica os principais princípios de seleção, cálculos de capacidade, cenários de aplicação e procedimentos de implementação para subestações de carregamento de veículos elétricos.Abordamos a selecção de subestações compactas como parte de uma solução integrada de distribuição de energia, não simplesmente como uma compra de equipamento individual.

À medida que as redes de recarga urbanas se expandem e a propriedade de veículos eléctricos continua a aumentar, as estações de recarga desenvolvidas por empresas privadas estão a tornar-se uma oportunidade de investimento atraente.Muitos investidores inicialmente se concentram no aluguer de terrenos, aquisição de carregadores e projecções de tráfego, ignorando a subestação compacta, o componente menos visível mas essencial por trás de toda a operação.

Os problemas surgem frequentemente apenas após o início da construção: capacidade insuficiente do transformador, dimensões do recinto que não se encaixam no local ou atrasos na aprovação de serviços públicos.substituição de equipamento, e a interrupção do calendário pode rapidamente minar o modelo financeiro original.

Ao contrário dos equipamentos comuns de distribuição de edifícios, uma subestação de carregamento de veículos elétricos conecta três sistemas críticos:

• A rede de serviços públicos
• O transformador e o sistema de distribuição MV/LV
• O equipamento de carregamento de veículos elétricos

Por conseguinte, a selecção não deve basear-se apenas na potência total da placa de identificação dos carregadores.futura expansão, e as normas locais devem ser todas tidas em conta.

1A carga real é a base da selecção do transformador.

Um erro comum é multiplicar a potência nominal de um ponto de carregamento pelo número total de carregadores e selecionar um transformador com base diretamente no resultado.Este método raramente reflecte o funcionamento real da estação de carregamento.

Veículos privados, ônibus, frotas de entrega e caminhões pesados têm padrões de carregamento diferentes.Por conseguinte, deve ser aplicado um fator de simultaneidade ou de diversidade para estimar a procura máxima real..

Exemplo ilustrativo: Estação de recarga comunitária

Considere uma estação de carregamento comunitária equipada com doze carregadores rápidos de 120 kW DC:

Uma vez que é improvável que todos os veículos sejam carregados simultaneamente a pleno rendimento durante o pico noturno, a estação não requer automaticamente um transformador de 1.600 kVA.

A classificação final do transformador deve igualmente ter em conta o fator de potência, as cargas auxiliares, a eficiência do carregador, as características harmônicas, a temperatura ambiente, o crescimento da carga esperado,e a capacidade de ligação aprovada pela empresa de serviços públicos.

Estações de carros de passageiros e centros de carregamento pesados são diferentes

As estações de carregamento de frotas e camiões pesados têm geralmente fatores de simultaneidade muito mais elevados do que as estações comunitárias de automóveis.

Os veículos logísticos chegam frequentemente em lotes durante a noite ou no início da manhã e podem permanecer ligados a carregadores de alta potência por períodos prolongados.o fator de simultaneidade pode atingir 0.80 ̊0.90Duas estações com o mesmo número de carregadores podem, por conseguinte, exigir capacidades de transformadores muito diferentes em função do tipo de veículo e do calendário de funcionamento.

O limite de conexão de utilidade vem primeiro

O operador da rede de distribuição aprova normalmente uma capacidade máxima de ligação.O promotor não pode instalar uma capacidade ilimitada de transformadores sem aprovação da redeA obtenção da aprovação oficial da capacidade de ligação e a confirmação do nível de tensão de entrada devem, por conseguinte, ser concluídas antes da conclusão da subestação compacta.

Evite tanto exagerar quanto subestimar

A capacidade do transformador é expressa em kVA, enquanto a potência do carregador é normalmente expressa em kW. A conversão deve ter em conta o factor de potência e as margens gerais de concepção do sistema.

Um transformador excessivamente grande aumenta:

• Custo inicial do equipamento
• Requisitos de fundação civil
• Custos dos equipamentos de comutação e dos cabos
• Perdas sem carga
• Despesas de manutenção de rotina

Um transformador de tamanho reduzido pode forçar os carregadores a reduzir a produção durante os períodos de pico.O objectivo não é selecionar o transformador mais grande possível, mas para identificar a notação mais económica que possa suportar com segurança o perfil operacional real.

2. Duas configurações principais de subestações compactas

Os projetos de carregamento de veículos elétricos utilizam geralmente uma subestação compacta pré-fabricada ao estilo IEC, muitas vezes chamada de subestação compacta ao estilo europeu, ou uma solução montada em pads ao estilo IEEE/ANSI.

A configuração mais adequada depende do padrão da rede local, dos requisitos da rede, do layout do local, da estratégia de manutenção e do orçamento.A HENTG POWER pode fornecer subestações compactas IEC específicas do projeto e soluções de transformadores IEEE/ANSI montadas em pads com comutação MV coordenada, transformador, proteção e distribuição LV.

Subestação compacta de estilo europeu

Uma subestação compacta de estilo europeu contém normalmente três secções claramente separadas:

• Compartimento de interruptores de média tensão
• Compartimento do transformador
• Compartimento de distribuição de baixa tensão

O projeto compartimentado fornece áreas de operação e manutenção claras e permite que os equipamentos MV, transformador e LV sejam inspecionados separadamente.

As suas vantagens incluem:

• Separação funcional clara
• Acesso conveniente à manutenção
• Configurações MV e LV flexíveis
• Substituição mais fácil de componentes normalizados
• Maior adaptabilidade a requisitos complexos de proteção e medição

As principais desvantagens são uma pegada maior, obras civis mais extensas e, geralmente, um custo inicial maior do que um arranjo compacto montado em uma almofada de classificação semelhante.

Esta configuração é frequentemente adequada para:

• Estações de carregamento urbanas à beira da estrada
• Complexos comerciais
• Estacionamento subterrâneo
• Centros públicos de recarga
• Projetos que exijam múltiplos circuitos de alimentação LV
• Locais com requisitos rigorosos de acesso à manutenção

Para as instalações subterrâneas, a regulamentação local de incêndio pode exigir um transformador de tipo seco, ventilação especial, construção resistente ao fogo ou medidas de proteção adicionais.

Solução montada em pads de estilo americano

Um transformador montado em pads de estilo americano integra o transformador e os componentes primários de comutação ou proteção em um gabinete compacto e resistente a manipulações.a sua pegada pode ser consideravelmente menor do que a de uma subestação compacta convencional de estilo europeuPode também reduzir os requisitos de fundação e simplificar a instalação no local.

As suas vantagens incluem:

• Impressão compacta
• Requisitos mais baixos para a construção civil
• Tempo de instalação mais curto
• Configuração exterior adequada
• Projeto padronizado rentável
• Compatibilidade com sistemas de alimentação por circuito ou de alimentação radial

É comumente aplicado em:

• Parques logísticos
• Áreas de serviço rodoviário
• Centrais de recarga de frotas ao ar livre
• Instalações industriais
• Redes de distribuição da América do Norte e da América Central

O espaço de manutenção é geralmente mais limitado, pelo que a inspecção de falhas e a substituição de componentes podem exigir um planeamento mais cuidadoso.barreiras, interfaces de frente morta e construção resistente a manipulações devem ser incorporadas.

Nível de protecção do compartimento

A classificação do recinto exigida depende de normas locais, especificações de utilidade, condições de instalação e equipamentos internos.IP33 é muitas vezes tratado como um nível de referência de base, enquanto uma classificação IP44 ou superior específica do projecto pode ser preferida em zonas com fortes chuvas, alta umidade, poeira, salinidade ou exposição costeira.

A HENTG POWER pode configurar proteção do gabinete, ventilação, tratamento anticorrosivo,O projeto tem como objectivo a melhoria da eficiência energética e a melhoria do desempenho energético e ambiental de acordo com a localização do projecto, em vez de aplicar um recinto padrão para cada local.

3. Cálculos de capacidade para cenários típicos de cobrança

Caso 1: Estação comunitária de recarga de veículos de passageiros

O local está previsto para oito carregadores de corrente contínua de 120 kW, e a empresa de serviços públicos aprovou uma capacidade máxima de ligação de 1.000 kVA.

Uma vez que 657 kVA não é uma classificação padrão comum, pode ser escolhida uma subestação compacta de 800 kVA de estilo europeu.

Esta configuração proporciona uma margem de funcionamento razoável.A expansão futura limitada do carregador pode ser possível sem substituir a subestação completa, sob reserva dos dados de funcionamento reais e da aprovação de utilidade.

Caso 2: Logística suburbana e centro de carga de camiões pesados

O projecto inclui dez carregadores de corrente contínua de alta potência de 250 kW, cujo carregamento intenso é previsto para a noite, pelo que é aplicado um fator de simultaneidade de 0,85.

Uma das configurações possíveis são dois transformadores montados em pads de 1.250 kVA ou subestações compactas.

Em comparação com um transformador grande, um arranjo de dois transformadores pode oferecer:

• Transporte e elevação mais fáceis
• Manutenção mais flexível
• Melhor gestão da carga por fases
• Função parcial da estação enquanto uma unidade está em manutenção
• Redução do risco de interrupção completa das receitas

Se os transformadores operarem em paralelo num autocarro comum, as suas características de relação de tensão, grupo de vetores, impedância, posição da torneira, protecção e repartição de carga devem ser devidamente coordenadas.Um autocarro LV seccionalizado também pode ser considerado quando a continuidade operacional é mais importante do que a operação paralela completa.

Caso 3: Estação de recarga subterrânea num complexo comercial

O estacionamento subterrâneo está previsto para seis carregadores de corrente contínua de 75 kW. As chegadas de veículos são relativamente dispersas e um fator de simultaneidade de 0,50 é aplicado.

Uma subestação compacta de 315 kVA pode ser adequada, sujeita às regulamentações locais e ao tipo de transformador exigido.enquanto compartimentos separados e ventilação coordenada podem reduzir os riscos térmicos em espaços fechados.

Após a determinação da classificação do transformador, devem igualmente ser verificados o número e a capacidade dos circuitos de saída LV.Os alimentadores sobressalentes adequados podem tornar significativamente mais fáceis as futuras adições de carregadores e reduzir a necessidade de substituir o painel de distribuição LV completo.

4Detalhes que afetam a operação a longo prazo

Gestão térmica

A vida útil do transformador e a disponibilidade da estação de carregamento estão diretamente relacionadas com o desempenho térmico.A proteção contra altas temperaturas pode funcionar e causar desligamentos intermitentes do carregador.

As subestações ao ar livre podem utilizar persianas de ventilação natural, ao passo que a ventilação de ar forçado pode ser adicionada para projetos de clima quente.O projeto da ventilação da subestação deve ser coordenado com o sistema de ventilação do edifício ou do parque de estacionamento..

A HENTG POWER avalia a temperatura ambiente, a radiação solar, a altitude, as dimensões do recinto, as perdas de transformadores e os requisitos de ventilação ao desenvolver um projeto térmico específico.

Cabos, barras de transmissão e dispositivos de comutação

Os tamanhos dos cabos, barras de ligação, disjuntores e dispositivos de proteção devem ser selecionados de acordo com a carga real do transformador e do carregador.

A redução dos custos através da utilização de disjuntores ou barras de transmissão LV de tamanho insuficiente pode criar problemas de sobreaquecimento e envelhecimento do isolamento a longo prazo.Esses problemas podem não aparecer durante a colocação em serviço inicial, mas podem resultar em tropeços frequentes e custos de manutenção aumentados após vários anos de operação.

As especificações do projecto deverão, por conseguinte, exigir:

• Componentes de fabricantes respeitáveis e aprovados pelo projeto
• Conformidade com as normas IEC, IEEE, ANSI, UL, CSA ou locais aplicáveis
• Capacidade de resistência a curto-circuito verificada
• Seletividade e coordenação adequadas dos interruptores de proteção
• Capacidade suficiente de corrente da barra de comando
• Verificação da elevação da temperatura
• Espaço de terminação de cabo adequado

A futura expansão

Muitas estações de carregamento acrescentam mais carregadores após três a cinco anos de funcionamento.Reservando aproximadamente 15%~20% de capacidade e circuitos de saída LV suficientes podem prolongar a vida útil da estação.

Os custos adicionais iniciais são normalmente muito inferiores aos custos combinados de:

• Substituição do transformador ou subestação completo
• Reconstrução dos fundamentos civis
• Substituição de cabos MV e LV
• Equipamento de modificação
• Procedimentos de homologação de utilidade repetidos
• Suspensão do funcionamento da estação durante a reconstrução

Distância do ponto de ligação da rede

A distância entre a subestação compacta e o ponto de ligação da rede também afeta o custo e a eficiência do projecto.custos de instalação e de trincheiras, queda de tensão, perdas de energia e complexidade de coordenação de proteção.

Sempre que prático, a subestação compacta deve ser colocada perto do ponto de ligação MV aprovado, mantendo simultaneamente o acesso seguro, os espaços livres para os veículos, a drenagem, a ventilação e o espaço de manutenção.

5Processo de implementação: da aplicação da rede para a energização

1. Confirmar as condições da ligação¢ Submeter ao operador local de rede de distribuição ou de serviços públicos o esquema preliminar da estação de carregamento e a procura estimada.método de ligaçãoA tensão aplicável pode ser de 10 kV, 11 kV, 13,8 kV, 22 kV, 33 kV ou outra tensão de distribuição local.
2. Realizar um levantamento do localVerificar a área de instalação disponível, as condições de acesso e elevação, a altura do teto, o drenagem, o risco de inundação, a ventilação, a distância entre os cabos, as autorizações de manutenção,e condições ambientaisO inquérito determina se uma subestação IEC compacta, uma solução montada numa almofada, um arranjo de tipo seco ou um gabinete personalizado é o mais adequado.
3. Calcular a carga de carga realRevisar o layout do carregador, a potência nominal, o tipo de veículo, o cronograma de carregamento, o fator de simultaneidade, as cargas auxiliares, o fator de potência, os harmônicos e a expansão futura prevista.Utilize estes fatores para determinar a classificação do transformador, número de transformadores, equipamento de comutação MV, circuitos LV, classificação do gabinete, método de ventilação, protecção e disposição de medição.
4. Elaborar e apresentar os desenhos técnicosO fabricante deve preparar o desenho geral da disposição, o diagrama de linha única, o desenho da fundação, o plano de entrada do cabo, as fichas de dados do equipamento e a configuração de protecção.Submeter estes documentos ao consultor de serviços públicos e de projeto antes do início da produçãoA HENTG POWER apoia as equipas de projeto com confirmação de dados técnicos, desenvolvimento de SLD e GA, seleção de componentes, revisão de documentos e engenharia personalizada de subestações.
5. Instalar, testar e ligar¢ Após a entrega, levantar o equipamento em posição, concluir as ligações dos cabos e realizar os ensaios e a colocação em serviço.

As atividades típicas de comissionamento incluem:

• Inspecção mecânica
• Terminação do cabo
• Ensaios de isolamento
• Verificação dos parâmetros de protecção
• Ensaios de transformadores
• Verificações funcionais
• Ensaios de sistemas de comunicação
• Inspecção de serviços públicos
• Energia da rede final

Entre todas as fases do projecto, a aprovação da ligação de serviços públicos e a aprovação do desenho técnico são os dois marcos mais importantes.Compartilhar os parâmetros do transformador e da subestação propostos com a empresa de serviços públicos numa fase inicial pode encurtar significativamente o ciclo de aprovação e apoiar a colocação em serviço a tempo.

Conclusão

A rentabilidade a longo prazo de uma estação de carregamento de veículos elétricos é apoiada por muitos detalhes de engenharia.uma subestação compacta não pode ser selecionada combinando apenas uma classificação de transformador com a capacidade total do carregador.

A solução correta requer um equilíbrio entre:

• Condições de ligação
• Pico real da procura
• Padrões de carga do veículo e do veículo
• Restrições de localização
• Condições ambientais
• Estratégia de manutenção
• Necessidades futuras de expansão
• Normas técnicas aplicáveis

A abordagem recomendada consiste em determinar primeiro a procura máxima realista, selecionar a configuração de subestação adequada para o local e reservar uma margem de expansão razoável.Isso ajuda a controlar o investimento inicial, reduzindo as perdas de energia ocultas, desvalorização do carregador, desligamentos não planeados e reconstrução futura dispendiosa.

A HENTG POWER fornece soluções integradas de transformadores e distribuição de energia para infraestruturas de carregamento de veículos elétricos, incluindo subestações compactas IEC, transformadores montados em pads IEEE/ANSI,Integração do equipamento de comutação MV, sistemas de distribuição LV, coordenação de protecção e apoio técnico específico do projecto.