EV 충전소용 변압기 크기 조정 및 지정: 기술 가이드

단일 350kW 초고속 충전기는 일반 편의점에서 3시간 동안 사용하는 것보다 더 많은 전류를 15분 만에 끌어옵니다. 갑작스럽고 강렬하며 하루에 수십 번씩 반복되는 로드 프로필이EV 충전소용 변압기표준 상용 배전과 근본적으로 다른 인프라. 크기를 잘못 설정하면 충전 속도를 제한하는 전압 강하, 운영자의 마진을 무너뜨리는 수요 요금, 최악의 경우 프로젝트를 몇 달 지연시키는 유틸리티 거부 편지 등의 결과가 빠르게 연쇄적으로 발생합니다.

글로벌 공공 충전 네트워크는 1950년대 에어컨 붐 이후 유틸리티 기업이 볼 수 없었던 속도로 확장되고 있습니다. 국제에너지기구(International Energy Agency)는 2030년까지 전 세계 공용 충전기 수가 1,500만 대를 넘어설 것으로 예상합니다. 모든 충전 허브(쇼핑몰 차고의 6개 충전소 레벨 2 설정이든 고속도로 복도의 40개 충전소 초고속 광장이든) 뒤에는 1990년대 배전 교과서에서 설명하지 못한 부하 패턴을 처리해야 하는 변압기가 있습니다. 이 가이드는 Ryan Electric에서 지원한 프로젝트의 실제 시나리오를 사용하여 올바른 변압기에 대해 크기를 지정하고 지정하고 유틸리티 승인을 받는 방법을 안내합니다.

EV 충전 부하가 표준 상업용 부하와 다른 점

상업용 사무실 건물 변압기는 상당히 예측 가능한 하루를 봅니다. HVAC는 오전 7시에 증가하고 조명은 안정적으로 유지되며 장비 부하는 ±15% 대역 내에서 변동합니다. [객체 객체] 시나리오는 유통망의 모든 약점을 테스트하는 간헐적이고 높은 크기의 전류 펄스인 아크로에 더 가깝습니다.

세 가지 특성이 차이점을 정의하며, 사양에서 그 중 하나를 건너뛰면 시운전 시 문제가 발생할 수 있습니다.

평균 부하율이 낮은 간헐적인 피크입니다.6개 DC 고속 충전소는 720kVA(6 × 120kW)의 연결 부하를 전달할 수 있지만, 운영 초기에는 실제 활용률이 0.4~0.6을 초과하는 경우가 거의 없습니다. 대부분의 지정자가 놓치는 부분은 다음과 같습니다. 저녁 시간에 4명의 운전자가 동시에 전원을 연결하면 변압기는 거의 순간적으로 480kVA 수요 급증을 목격합니다. 표준 배전 변압기는 이 듀티 사이클용으로 설계되지 않았습니다. 연속 명판 정격이 아니라 권선의 열 시간 상수가 제한 요소가 됩니다. 권선 핫스팟 온도는 정상 상태 계산이 예측하는 것보다 15~20도 더 높아질 수 있으며, 여기서 절연 노화가 가속화됩니다.

고조파 전류 주입.레벨 3 DC 충전기는 본질적으로 활성 프런트 엔드 정류기를 갖춘 대형 스위치 모드 전원 공급 장치입니다. 잘 설계된 장치라도 5차, 7차, 11차, 13차 대역의 고조파 전류를 주입합니다. 적절한 경감 없이 명판 kVA의 80%에서 작동하는 변압기는 열 과부하 상태에서 작동할 수 있습니다. 왜냐하면 코어와 권선의 고조파 손실로 인해 표준 온도 상승 테스트에서 절대 측정되지 않는 10~15%의 추가 가열이 추가되기 때문입니다.IEEE 519-2022규정 준수 임계값(공통 커플링 지점에서 총 고조파 왜곡(THD))을 5% 미만으로 설정하지만 변압기 자체에는 장기적으로 생존하려면 K 인자 정격 또는 고조파 완화 권선 설계가 필요합니다.

충전기 자체의 전압 감도.DC 고속 충전기는 입력 전압이 공칭 전압의 90% 미만으로 떨어지는 순간 출력 전력을 감소시킵니다. 에이EV 충전소용 변압기임피던스가 충분하지 않거나 탭 범위가 작은 인프라는 해결하려고 했던 바로 그 문제를 야기합니다. 즉, 충전 세션이 느려지고 운전자가 시계를 보고 짜증을 내는 것입니다. 변압기의 임피던스 전압(배전 등급 장치의 경우 일반적으로 5~6%)은 이 펄스 부하 패턴에 따라 전압 조정 곡선을 직접 형성합니다. 임피던스를 너무 낮게 지정하면 단락 전류가 기어 정격을 초과합니다. 너무 높게 지정하면 부하 시 전압 강하로 인해 충전 속도가 저하됩니다.

EV 충전소용 변압기 크기를 조정하는 방법 - 세 가지 실제 시나리오

이는 대부분의 프로젝트 일정이 풀리는 단계입니다. 충전기 조달이 어렵기 때문이 아니라 변압기 용량 계산이 전력회사 엔지니어의 책상에 맡겨져 정밀 조사를 통과하지 못하기 때문입니다. 현장에서는 세 가지 뚜렷한 크기 조정 패턴을 볼 수 있습니다.

레벨 2 AC 충전 - 주차장 및 작업장

레벨 2 스테이션은 240V AC에서 실행되며 포트당 7.2~19.2kW를 끌어옵니다. 일반적인 기업 캠퍼스에 20포트를 설치하는 경우 연결된 부하는 총 384kVA입니다. 0.6 수요율을 적용합니다. NEC 625.41은 부하 관리가 실행되는 경우 여러 EVSE 장치에 대해 이를 허용하며 설계 부하가 약 230kVA로 떨어집니다. K-4 등급의 300kVA 건식 변압기는 30개 포트로 확장할 수 있는 헤드룸을 통해 이를 편안하게 처리합니다.

이 규모의 핵심 지표는 최대 용량이 아닙니다. 레벨 2 스테이션은 작동 시간의 80%를 15%~40% 부하 사이에서 소비하기 때문에 부분 부하에서의 변압기 효율성입니다. 35% 부하에서 98.5% 이상의 균일한 효율 곡선을 가진 장치를 찾으십시오. 연간 6,000 작동 시간 동안 98.2%와 98.8% 효율 곡선의 차이가 20년 자산 수명 동안 실제 돈에 추가됩니다.

DC 고속 충전 - 50–150kW 정지

120kW 충전기가 혼합된 6개 충전소: 연결 부하 720kVA, 수요율 0.7(DC 고속 세션이 이동 피크 동안 클러스터되는 경향이 있기 때문에 레벨 2보다 높음), 설계 부하 504kVA. K-13 등급 및 ONAN 냉각 기능을 갖춘 750kVA [객체 객체]는 연속 30분 충전 세션을 위한 열 헤드룸을 제공합니다. K-13 등급은 이 전력 수준에서 협상할 수 없습니다. 표준 K-1 장치는 6개 활성 정류기의 고조파 프로필에 따라 명판보다 15~20도 더 뜨겁게 실행되며 유틸리티는 증인 테스트 중에 온도 상승을 표시합니다.

초고속 충전 허브 - 350kW 이상

이것은 개척지이며 숫자는 빠르게 확장됩니다. 각각 350kW의 8개 실속: 2,800kVA 연결. 보수적인 0.5 수요율(차량 통행 패턴이 있는 고속도로 통로에 현실적임)에서도 1,400kVA 설계 부하에 도달합니다. 강제 공기 냉각(ONAF) 기능을 갖춘 2,000~2,500kVA 등급의 단일 유침 변압기는 현재 수요와 향후 3~5년간의 차량 전기화 성장을 충족합니다.

이 규모에서 변압기 효율은 전기 비용 자체를 넘어서 운영 예산에서 가장 큰 단일 항목입니다. $0.12/kWh의 연간 작동 시간 8,000시간에 걸쳐 1% 효율성 격차는 연간 약 $13,400의 비용이 듭니다. 25년의 자산 수명 동안 그 격차는 변압기의 절반을 구매합니다.

건식 유형과 오일 침지형: 변압기 유형을 현장 조건에 맞추기

충전기 수와 전력 레벨에 따라 용량 수치가 결정됩니다. 물리적 설치 환경에 따라 실제로 적합한 변압기 기술이 결정됩니다.

실내 및 지하 주차장 구조.대부분의 관할 구역의 화재 규정(미국의 NFPA 70, 국제 프로젝트의 IEC 60364)은 밀폐된 주차 시설에서 기름이 채워진 장비를 제한하거나 완전히 금지합니다. 여기서는 주조 수지 건식 변압기가 기본 선택입니다. 에폭시 캡슐화는 자가소화되고, 오일 누출 위험이 없으며, 성능 저하 없이 주차 환경의 습도 및 먼지 주기를 처리합니다. IP23 인클로저를 갖춘 Ryan의 소형 건식 장치는 오일 충전 장치에서 요구하는 공간 장애 없이 표준 전기실에 적합합니다.

실외 충전 광장 - 소매점 및 고속도로 사이트.여기서는 패드 장착 변압기가 지배적입니다. 기름에 잠겨 있고, 구획화되어 있고, 변조 방지 기능이 있으며, 공개적으로 접근 가능한 위치에 맞게 특별히 제작되었습니다. 이 제품은 고속도로 허브에 필요한 더 큰 용량(500~2,500kVA)을 처리하며, 정방형 설계는 미국 모든 주의 유틸리티 안전 요구 사항을 충족합니다. 패드 마운트 폼 팩터는 또한 사이트 계획을 상당히 단순화합니다. 콘크리트 패드를 붓고, 변압기를 설정하고, 충전기 분배 패널에 대한 2차 피더를 종단 처리합니다. 텍사스에서 우리와 함께 일한 한 전기 공사업체는 이 레이아웃을 사용하여 영업일 기준 4일 이내에 변압기와 첫 번째 충전기 연결을 완료했습니다.

초고속 고속도로 복도.현장 계획에 8개 이상의 350kW 실속이 필요한 경우 변압기는 변전소 수준의 영역으로 이동합니다. 즉, 2,500~5,000kVA, 오일 침지, 부하 시 탭 절환기를 사용하여 전기 트럭 호송대가 동시에 들어올 때 발생하는 급격한 부하 변동 동안 전압을 관리합니다. 이러한 장치는 첫 번째 삽이 땅에 떨어지기 몇 달 전에 서비스 제공업체의 계획 및 엔지니어링 팀과의 조정이 필요합니다. 전체 시스템 영향 연구 없이 5 MVA 상호 연결을 승인하는 유틸리티는 없습니다.

그리드 상호연결: 다른 모든 것보다 우선하는 유틸리티 협상

하드웨어 선택은 전투의 절반입니다. 나머지 절반은 지역 유틸리티가 상호 연결 계약에 서명하도록 하는 것이며, 그 시계는 대부분의 프로젝트 개발자가 예산을 책정한 것보다 일찍 시작됩니다.

수요 요금은 비즈니스 모델을 정의합니다.북미에서는상업용 EV 충전 인프라운영자는 소비된 에너지(kWh) 외에 청구 월의 가장 높은 15분 평균 사용량인 피크 수요(kW)에 대해 비용을 지불합니다. 캘리포니아, 북동부, 온타리오와 같은 시장에서는 수요 요금이 kW당 8~15달러입니다. 러시아워 클러스터링 중에 현장에서 순간적으로 높은 수요 급증을 발생시키는 열악한 크기의 변압기는 방송국 월 수익의 30-40%를 소비할 수 있는 수요 요금을 발생시킵니다. 이전 섹션의 변압기 크기 조정 연습은 단순한 엔지니어링 계산이 아니라 프로젝트 재무 모델에 대한 단일 최대 입력입니다.

IEEE 519 준수는 유틸리티 검토 데스크에서 협상할 수 없습니다.북미와 유럽 전역의 유틸리티에서는 이제 비선형 부하가 500kW를 초과하는 모든 시설에 대한 상호 연결 애플리케이션의 일부로 조화 연구가 필요합니다. 에이DC 고속 충전 변압기고조파 정격 권선을 사용하고 대규모 설치의 경우 2차 측의 능동형 고조파 필터가 총 수요 왜곡(TDD)을 유틸리티가 적용하는 한도인 5~8% 미만으로 유지합니다. 상호 연결 요청과 함께 조화 연구를 제출하면 검토 기간이 요청 없이 제출하는 것에 비해 4~6주 정도 단축됩니다.

나중에 볼트로 고정하지 않고 사양에 역률 보정 기능이 내장되어 있습니다.최신 DC 충전기는 최대 부하에서 역률 0.95 이상으로 작동하지만 스테이션이 대부분의 작동 시간을 보내는 부분 부하에서는 그 수치가 0.85 이하로 떨어집니다. 통합 역률 보정(또는 시운전 후 개조가 아닌 조달 시 설계된 커패시터 뱅크)을 포함하는 변압기 사양은 월별 벌금을 피하고 변압기 크기를 늘리지 않고도 추가 충전기 공간을 제공할 수 있는 kVA 용량을 확보합니다.

Ryan Electric이 EV 충전 인프라 프로젝트를 지원하는 방법

캘리포니아의 충전 네트워크 개발자가 30피트 너비의 유틸리티 지역권과 12주의 건설 기간으로 인해 제한된 부지를 가지고 우리에게 왔을 때 국내 제조업체의 표준 카탈로그 장치는 두 가지 제한 사항을 모두 충족하는 것을 제공하지 못했습니다. 우리는 줄어든 설치 공간, 120kW 충전기의 고조파 프로파일과 일치하는 K-13 정격 권선, 업계의 일반적인 16~20주가 아닌 제작 일정에 맞는 제조 리드 타임을 갖춘 맞춤형 1,000kVA 패드 장착 변압기를 설계했습니다.

이러한 유연성은 코어, 권선 및 인클로저가 모두 한 지붕 아래에서 제작되는 공장을 운영하는 데서 비롯됩니다. [object Object] 프로젝트의 경우 당사 엔지니어링 팀은 고객의 충전기 사양 및 사이트 레이아웃에 따라 작업하여 로드 목록을 받은 후 영업일 기준 3일 이내에 재고 카탈로그 페이지가 아닌 변압기 데이터시트를 생성합니다.

EV 인프라 프로젝트의 모습은 다음과 같습니다.

• UL 및 CSA 등재추가 현장 인증 없이 북미 전력회사에서 승인한 변압기

• 화재 규정에 따라 기름으로 채워진 장비를 금지하는 지하 및 밀폐된 주차장을 위한 소형 주조 수지 건식 장치

• K-팩터 정격 패드 장착 변압기- K-4 ~ K-20 - DC 고속 충전의 고조파 환경을 위해 특별히 제작됨

• 표준 장치는 8~10주 내에 배송됩니다. 압축된 일정에 따른 프로젝트의 경우 10~14주 내에 맞춤형 엔지니어링 장치 제공

충전소 프로젝트에 대한 변압기 사양 얻기

특정 충전소의 고조파 프로필, 수요율, 물리적 현장 제약 조건을 고려하지 않은 변압기 사양은 유틸리티 검토 데스크에 제출되어 다시 전송됩니다. 프런트 엔드의 엔지니어링 작업에는 집중적인 계산에 몇 시간이 소요됩니다. 잘못된 작업으로 인한 지연으로 인해 수개월의 일정이 지연되고 계약업체가 대기하게 됩니다.

북미, 중동, 동남아 지역에서 EV 충전 프로젝트를 계획 중이신가요?충전기 수, 장치당 전력 수준 및 사이트 레이아웃을 보내주십시오. 당사 엔지니어링 팀은 영업일 기준 3일 이내에 변압기 크기 권장 사항과 상업 견적을 반환합니다.

→ 라이언일렉트릭 EV 인프라팀에 문의하세요