Расчёт мощности зарядной станции для электромобилей

Начальный симметричный ток короткого замыкания в точке замыкания (IEC 60909-0): действующее значение тока, который сеть подаёт в металлическое трёхфазное замыкание, при замене источника напряжения эквивалентом c·Un/√3.

Почему это важно: Это число, с которым сравнивается номинал каждого устройства — Icw, отключающая способность и тепловая проверка кабеля выполняются по Ik. Занизьте Ik — и щит, который вы предложите, будет разрушен при первом же замыкании; завысьте — и клиент заплатит за коммутационное оборудование, которое ему не нужно.

Однофазный ток короткого замыкания на землю (IEC 60909-0), рассчитываемый по полному сопротивлению нулевой последовательности Z0 в дополнение к Z1 и Z2.

Почему это важно: Он определяет уставки защиты от замыкания на землю и номинальную стойкость нейтрального / заземляющего проводника. В зависимости от группы соединений обмоток трансформатора и схемы заземления Ik1 может быть меньше или больше трёхфазного Ik, поэтому его никогда нельзя принимать равным ему.

Пиковый ток короткого замыкания ip = κ·√2·I″k (IEC 60909-0): наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, достигаемое примерно через полпериода после его возникновения.

Почему это важно: Это значение, которое определяет электродинамическое усилие на шинопроводах, кабельных креплениях и выводах аппаратов. Сравните его с номинальным пиковым током стойкости Ipk — указание только Ik оставляет механическую прочность распределительного устройства непроверенной.

Номинальный ток короткой продолжительности: действующее значение тока, которое сборка коммутационного оборудования может выдерживать в течение указанного короткого времени (обычно 1 с или 3 с) без повреждений (IEC 61439-1 / IEC 62271-1).

Почему это важно: Это критерий приёмки для панели: правило проектирования — Icw ≥ Ik в той же точке. Панель, предлагаемая с Icw ниже расчётного Ik, просто не может быть использована, независимо от цены.

Номинальный пиковый ток стойкости: пиковый ток, который сборка и её шинопроводы выдерживают без деформации (IEC 61439-1). Стандарт связывает Ipk с Icw через множитель, зависящий от номинального тока кратковременной стойкости — используйте значение из таблицы стандарта, а не предположение.

Почему это важно: Это динамический аналог Icw, и он должен быть ≥ ip. Поскольку эти два параметра указываются вместе и их легко перепутать, коммерческое предложение, в котором приведён только один из них, является неполным.

Два разных параметра стойкости одного и того же распределительного щита. Icw — ТЕРМИЧЕСКИЙ параметр: действующее значение тока, которое сборка выдерживает в течение 1 с (или 3 с) без перегрева. Ipk — МЕХАНИЧЕСКИЙ параметр: пиковый ток, который шины и опоры выдерживают, не будучи разогнутыми.

Почему это важно: Их сравнивают с двумя разными расчётными величинами — Icw с Ik, Ipk с ip. Сравнение Icw с ip (или Ipk с Ik) — частая и дорогостоящая ошибка: это либо приводит к завышению номинала щита, либо оставляет его с заниженным номиналом.

Пиковый коэффициент κ = ip / (√2·I″k): отношение первого пика к действующему значению, рассчитываемое в IEC 60909-0 по отношению R/X эквивалентного полного сопротивления.

Почему это важно: Именно этот коэффициент преобразует ток короткого замыкания в механическую силу. Индуктивная сеть (кабели низкого напряжения, трансформаторы) смещает κ к 2,0 и увеличивает пиковую силу, поэтому i p нельзя определить только по Ik.

Отношение эквивалентного реактивного сопротивления к эквивалентному активному сопротивлению, рассматриваемое из точки короткого замыкания (IEC 60909-0).

Почему это важно: Он определяет сразу две вещи: ударный коэффициент κ (следовательно, i p) и скорость затухания апериодической составляющей. Высокое X/R (индуктивные фидеры низкого напряжения, генераторные источники) даёт как более высокий пик, так и более длительный переходный процесс апериодической составляющей, который автоматический выключатель должен отключить.

Полная мощность короткого замыкания вышестоящей сети в точке присоединения, Ssc = √3·Un·I″k, или эквивалентное полное сопротивление источника за ней.

Почему это важно: Это единственный исходный параметр, который показывает, насколько «жёсткой» является сеть. Без него невозможно рассчитать ни одну величину тока короткого замыкания, поэтому его необходимо запросить у энергоснабжающей организации (или принять на основании оговорённого допущения) до того, как можно будет предложить какое-либо коммутационное оборудование.

Коэффициент напряжения c для расчёта тока короткого замыкания (IEC 60909-0, таблица 1): отношение между напряжением, принятым в месте повреждения, и номинальным напряжением — c > 1 для максимальных токов, c < 1 для минимальных токов (для низкого напряжения: 1,05 / 0,95; для высокого напряжения: 1,10 / 1,00).

Почему это важно: Это явный запас безопасности расчёта. Коэффициент максимального тока определяет номиналы аппаратов, которые вы указываете; коэффициент минимального тока определяет чувствительность защиты. Использование неверного коэффициента смещает Ik на несколько процентов так, что это незаметно в отчёте, если коэффициент не напечатан.

Апериодическая (DC) составляющая тока короткого замыкания, i_dc = √2·I″k·e^(−ωt·R/X) (IEC 60909-0): затухающая смещённая составляющая, накладывающаяся на симметричную составляющую.

Почему это важно: Это дополнительный ток, который автоматический выключатель должен отключить в момент расхождения контактов, и именно поэтому требуемая отключающая способность выше I″k для быстрых (близких к генератору) замыканий. В коммерческом предложении это отражается как номинальная отключающая способность при указанной % DC-составляющей.

Время отключения защиты: полное время от возникновения короткого замыкания до гашения дуги — обнаружение реле + намеренная выдержка времени + время срабатывания автоматического выключателя.

Почему это важно: При исследовании дугового разряда падающая энергия почти пропорциональна времени отключения, и по нему выбирается категория СИЗ. Уменьшение времени отключения вдвое обычно вдвое снижает энергию и может понизить требуемую категорию СИЗ на одну ступень — что является прямой статьёй эксплуатационных затрат.

Зонная селективная блокировка: реле максимального тока в смежных зонах защиты обмениваются блокирующим / пилотным сигналом, поэтому короткое замыкание внутри собственной зоны отключается мгновенно, а короткое замыкание нижестоящей зоны оставляется нижестоящему устройству (функции реле IEC 60255).

Почему это важно: Она компенсирует выдержку времени, которой обычно стоит селективность: короткие замыкания отключаются быстрее, длительность дуги сокращается, а падающая энергия снижается. Поскольку она изменяет схему подключения реле и схему связи, её необходимо указать в спецификации и учесть в цене.

Уставка коэффициента времени максимальной токовой защиты: масштабный коэффициент, применяемый к стандартной обратнозависимой времятоковой характеристике, определённой в IEC 60255-151, сдвигающий всю кривую вверх или вниз по оси времени.

Почему это важно: Это единственное число, которое позиционирует каждую кривую реле на оси времени при селективности. Увеличение TMS вверх по цепочке даёт селективность, но удлиняет длительность короткого замыкания — и, следовательно, энергию дуги, которую объект должен выдержать.

Интервал времени селективности (координации) Δt: намеренная разница во времени между двумя последовательно включёнными аппаратами защиты от сверхтоков, чтобы повреждение отключил только нижестоящий аппарат. Стандартная практика составляет порядка 0,2–0,4 с в зависимости от типа реле и автоматического выключателя — это инженерная практика, а не нормируемая стандартом величина, поэтому использованное значение должно быть указано в исследовании.

Почему это важно: Слишком мала — и оба аппарата срабатывают (потеря селективности, вся установка отключается при повреждении одной ветви); слишком велика — и каждое повреждение длится дольше, повышая энергию дугового разряда и требования к СИЗ. Это компромисс, который отчёт должен показать явно.

Напряжение короткого замыкания трансформатора: первичное напряжение, в процентах от номинального напряжения, которое обеспечивает протекание номинального тока через короткозамкнутую вторичную обмотку (IEC 60076-1).

Почему это важно: Он определяет уровень тока КЗ на стороне низкого напряжения (приблизительно I″k ≈ In / uk) и одновременно падение напряжения под нагрузкой. Это реальный компромисс при подготовке коммерческого предложения: большее uk снижает уровень тока КЗ (удешевляет коммутационное оборудование downstream), но увеличивает падение напряжения и потери. Всегда указывайте uk вместе с номинальной мощностью трансформатора.

Потери холостого хода трансформатора: мощность, потребляемая при номинальном напряжении и номинальной частоте с разомкнутой вторичной обмоткой (IEC 60076-1). По сути это потери в магнитопроводе (гистерезисные + вихревые).

Почему это важно: Они действуют непрерывно — около 8 760 ч в год — поэтому доминируют в счёте за энергию за срок службы. В тендерах их обычно капитализируют по величине $/W, что означает, что более низкое значение P0 может оправдать более высокую закупочную цену.

Потери нагрузки (потери короткого замыкания) трансформатора: мощность, потребляемая при номинальном токе при замкнутой накоротко вторичной обмотке, приведённая к эталонной температуре (IEC 60076-1). Она включает потери I²R, а также добавочные потери и потери на вихревые токи в обмотках.

Почему это важно: Они растут пропорционально квадрату нагрузки и являются основой гарантий КПД и любого условия капитализации потерь. Pk и uk% получают из одного и того же испытания, поэтому паспортные данные, где указано одно без другого, неполны.

Код степени защиты (IEC 60529): первая цифра — защита от твёрдых предметов и пыли, вторая — от воды (например, IP54 = пылезащищённое, защищённое от брызг).

Почему это важно: Это требование к условиям окружающей среды, а не электрическое. Оболочка, предлагаемая как IP23, не выдерживает мойки или наружной установки, а степень защиты влияет на стоимость оболочки — поэтому IP должен указываться вместе с электрическими номинальными параметрами.

Наибольшее напряжение для оборудования Um: максимальное действующее линейное напряжение, при котором оборудование может эксплуатироваться (IEC 60071-1).

Почему это важно: Um является основой всей таблицы координации изоляции: он определяет, какие значения выдерживаемого импульсного напряжения грозового импульса и напряжения промышленной частоты требуются. Приобретение оборудования с заниженным Um — это не экономия, а несоответствующее предложение.

Испытательное напряжение грозового импульса: пиковое значение стандартной импульсной волны 1,2/50 мкс, которое изоляция должна выдерживать без пробоя (IEC 60071-1).

Почему это важно: Это именованная характеристика и позиция типовых испытаний для коммутационного оборудования, трансформаторов и вводов. Это один из первых параметров, который незаметно занижается в дешёвом предложении, поэтому он должен быть явно указан в паспорте, который вы сравниваете.

Испытательное напряжение промышленной частоты: среднеквадратичное напряжение, которое изоляция выдерживает при стандартном кратковременном испытании (1 мин), а в диапазоне высокого напряжения также уровень выдерживаемого коммутационного импульса (IEC 60071-1).

Почему это важно: Это уровень приёмо-сдаточного испытания, применяемый на заводе. Вместе с LI он определяет уровень изоляции оборудования, которое предлагается к поставке — сравнивать два предложения без этих двух чисел означает не сравнивать ничего.

Группа соединений обмоток трансформатора: схемы соединения обмоток двух сторон плюс угловое смещение между ними, например Dyn11 = треугольник на стороне высшего напряжения, звезда на стороне низшего напряжения с выведенной нейтралью, смещение 11 × 30° (обозначения соединений по IEC 60076-1).

Почему это важно: Он определяет фазовый сдвиг, наличие нейтрали для защиты от замыканий на землю и путь протекания тока нулевой последовательности — один и тот же трансформатор той же мощности в kVA с YNyn0 вместо Dyn11 даёт другой ток однофазного КЗ и требует другой схемы защиты.

Суммарный коэффициент искажения синусоидальности: среднеквадратичное значение всех гармонических составляющих, делённое на основную гармонику, выраженное в процентах (определения измерений в IEC 61000-4-7).

Почему это важно: Это главный показатель качества электроэнергии в договоре на присоединение, но «THD» сам по себе неоднозначен: предельные значения для напряжения и тока различаются и проверяются в разных местах. Всегда указывайте, имеется ли в виду THDv или THDi, и где проводилось измерение.

Суммарный коэффициент искажения синусоидальности напряжения THDu = √(Σ Uh²) / U1 × 100 %, измеряемый в соответствии с требованиями IEC 61000-4-7.

Почему это важно: Это величина, которую сетевой кодекс или энергоснабжающая организация ограничивает в точке общего присоединения (для справки: IEEE 519 устанавливает 5 % THDv в PCC, IEC 61000-2-2 даёт 8 % для класса 2 низкого напряжения). Превышение означает фильтры, расстроенные банки конденсаторов или трансформатор большего размера — затраты, которые появляются только если исследование выполнено до заказа.

Суммарный коэффициент искажения синусоидальности тока THDi = √(Σ Ih²) / I1 × 100 %: гармонический состав тока нагрузки относительно его основной гармоники.

Почему это важно: Именно он определяет выбор гармонических фильтров и реакторов расстройки и обусловливает снижение допустимой нагрузки кабелей и трансформаторов. IEEE 519 ограничивает его в зависимости от отношения тока короткого замыкания к току нагрузки — поэтому THDi не имеет смысла для коммерческого предложения, если вместе с ним не указан уровень тока короткого замыкания.

Коэффициент мощности cos φ: отношение активной мощности к полной мощности (коэффициент смещения между напряжением и током), с учётом коэффициента искажения, когда ток искажён.

Почему это важно: Он определяет полную мощность (кВА), которую должны обеспечить трансформатор, генератор или договор электроснабжения для заданной активной мощности (кВт), и является договорным: низкий коэффициент мощности влечёт штрафные санкции или обязательную установку компенсирующего банка конденсаторов. Поэтому он одновременно является и исходным параметром проектирования, и статьёй в цене.

Номинальная мощность реактивной компенсации Qc: выходная мощность банка конденсаторов, рассчитываемая как Qc = P × (tan φ1 − tan φ2) для перевода установки от текущего к целевому коэффициенту мощности.

Почему это важно: Это предмет предложения, и его полезная выходная мощность снижается в сети с богатыми гармониками, если не используется защищённый реактором (расстроенный) банк конденсаторов. Целевой коэффициент мощности — это входной параметр заказчика, а не значение по умолчанию — предложение банка конденсаторов без указания целевого коэффициента мощности не является полным.

Точка общего присоединения (PCC): интерфейс в сети, где соединяются электроустановка заказчика и сеть электроснабжающей организации, и, следовательно, где применяются условия подключения.

Почему это важно: Он определяет, на что может жаловаться энергоснабжающая организация и что вы должны доказать: диапазон напряжения, гармонические искажения, фликер и поведение при провалах напряжения — всё это нормируется в точке общего присоединения (PCC), а не на выводах оборудования. Исследования или измерения, выполненные в другом месте, не подтверждают соответствие.

Напряжение узла в относительных единицах по результату расчёта установившегося режима: напряжение узла, делённое на его базисное напряжение, так что 1,00 pu соответствует номинальному.

Почему это важно: Это критерий приемки для любой проверки падения напряжения (обычно 0,95–1,05 о.е.). Узел ниже диапазона означает неисправность оборудования и нарушение сетевого кодекса, и решение — большее сечение кабеля, другая отпайка трансформатора или компенсирующее устройство — изменение коммерческого предложения, а не примечание.

Сквозная работа при низком напряжении: обязанность (и способность) генератора или инвертора оставаться подключённым, пока напряжение в точке общего присоединения снижается по заданному профилю напряжение-время, вместо отключения.

Почему это важно: Это условие подключения к сети на большинстве рынков: установка, не способная пройти требуемую кривую, не может быть подключена или должна быть модернизирована. Подтвердите требуемую кривую LVRT перед выбором мощности инверторов, поскольку она определяет класс оборудования.

Максимальный коэффициент загрузки λmax метода продолжения потока мощности: множитель, применяемый ко всем нагрузкам в точке срыва кривой PV, то есть в точке, где происходит коллапс напряжения.

Почему это важно: Это запас по загрузке, заложенный в проект: λmax = 1,35 означает, что сеть теряет устойчивость только при 135 % от сегодняшней нагрузки. Проектировщики требуют минимальный запас (число различается между сетевыми кодексами — укажите использованный критерий), и именно он определяет, потребуется ли усиление линии или дополнительная реактивная компенсация.

Степень заряженности батареи или BESS: остаточная энергия в процентах от номинальной (или полезной) ёмкости.

Почему это важно: Она ограничивает то, что накопитель может выдать в любой момент, поэтому определяет уставки защиты, стратегию диспетчеризации и гарантию поставленной энергии. Заявленный показатель доступности бессмысленен, если не указан диапазон SOC, на который он рассчитан.

Глубина разряда: дополнение к степени заряженности — какая часть ёмкости отдаётся при циклировании, обычно указывается как максимальная в характеристиках циклического ресурса.

Почему это важно: Это компромисс между полезной ёмкостью и сроком службы батареи: одна и та же номинальная ёмкость в кВт·ч, указанная при 80 % глубины разряда, обеспечивает меньше циклов, чем указанная при 60 %. Поскольку это меняет и полезную ёмкость в кВт·ч, и дату замены, глубина разряда должна быть в паспорте рядом с ценой.

КПД полного цикла системы накопления энергии: энергия, возвращённая при разряде, делённая на энергию, поглощённую при заряде, за полный цикл.

Почему это важно: Он определяет, какая часть оплаченной энергии фактически возвращается, и, следовательно, реальную стоимость за поставленный кВт·ч. Следите за границами измерения показателя (DC-DC выглядит намного лучше, чем AC-AC) — сравнение двух предложений по разным границам является распространённым источником ошибочных расчётов.

Коэффициент использования установленной мощности: фактически произведённая энергия за период, делённая на энергию, которую установка произвела бы, работая на номинальной мощности весь период (для фотоэлектрической установки это определяется в основном облучённостью и температурой, а не инвертором).

Почему это важно: Это число, которое переводит паспортную мощность в кВт·пик в годовую выработку в кВт·ч, а следовательно, в доход и срок окупаемости. Коммерческое предложение, в котором указана только мощность в кВт·пик, не говорит о том, что установка фактически выдаст, — запросите принятый коэффициент использования установленной мощности.

Граница дуговой вспышки: расстояние от предполагаемой дуги, на котором падающая энергия снижается до 1,2 кал/см², то есть уровень, при котором становится необходимой защитная одежда от дуговой вспышки (IEEE 1584-2018 / NFPA 70E).

Почему это важно: Она определяет ограждение и границу приближения на объекте: большая граница дуговой вспышки означает больше ограждений и более тяжёлую защитную одежду для той же работы. Это требование безопасности, которое также имеет прямые эксплуатационные затраты.

Ток дуги: действующее значение тока, фактически протекающего в дуге, прогнозируемое по току металлического КЗ моделью IEEE 1584-2018 с учётом конфигурации электродов, зазора и коэффициентов оболочки.

Почему это важно: Всё в исследовании дугового разряда — падающая энергия, граница, категория СИЗ — определяется Iarc, а не Ik. Iarc заметно ниже тока металлического КЗ, поэтому подстановка Ik вместо него грубо завышает энергию и требуемые СИЗ.

Ток металлического КЗ Ibf: ток трёхфазного короткого замыкания в месте установки оборудования, принимаемый в качестве входного тока модели дугового разряда IEEE 1584-2018.

Почему это важно: С него начинается исследование дугового разряда, поэтому он должен быть получен при тех же допущениях по напряжению, трансформатору и кабелям, что и в отчёте по короткому замыканию. Несоответствие между двумя документами — одно из наиболее частых замечаний при аудите.

Падающая энергия: тепловая энергия на единицу площади, которая достигла бы поверхности на рабочем расстоянии во время дуги, согласно IEEE 1584-2018.

Почему это важно: Это число определяет выбор СИЗ (пороги NFPA 70E на уровнях 1,2 / 4 / 8 / 25 / 40 cal/cm²) и должно быть нанесено на табличку оборудования. Заниженная падающая энергия — это угроза безопасности, а не коммерческая погрешность округления.

Категория средств индивидуальной защиты: класс одежды и оборудования, стойких к воздействию электрической дуги, требуемый для выполнения работы, выбираемый по расчётной падающей энергии согласно NFPA 70E-2021.

Почему это важно: Это требование по безопасности и юридический документ: категория определяет, что должна носить выездная бригада, что указано в наряде-допуске и требуется ли отключение напряжения для работы. Она напрямую следует из расчёта дуговой вспышки, поэтому должна быть воспроизводимой для принятого уровня тока КЗ вышестоящей сети.

Относительное значение: величина, выраженная как доля выбранного базового значения (1,00 pu = номинальное напряжение или номинальная мощность), стандартный язык исследований электроэнергетических систем.

Почему это важно: Это позволяет сравнивать низковольтный распределительный щит 0,4 кВ и сеть 110 кВ на одной оси и одном графике. Напряжение 0,95–1,05 pu — обычный допустимый диапазон, поэтому любое относительное значение в отчёте можно напрямую сопоставить с критерием.

Критерий N-1 (единичного отказа): сеть должна оставаться в пределах своих рабочих параметров при отключении любого одного элемента (линии, трансформатора, генератора).

Почему это важно: Он определяет, какой объём резервирования — параллельные фидеры, дублированные трансформаторы, секции шинопровода — войдёт в коммерческое предложение. Если он не указан явно, проект обычно получается однолучевым, и заказчик узнаёт об этом при пусконаладке.

Загрузка: ток (или мощность), протекающий по ветви, выраженный в процентах от её номинальной пропускной способности.

Почему это важно: Это приёмочное число для кабелей и трансформаторов. Выше 100 % элемент отключится или должен быть разгружен, а запас, оставленный в расчётном режиме, — это именно то, за что платит заказчик, поэтому его необходимо показывать вместе с допущениями (коэффициент нагрузки, температура окружающей среды), при которых он получен.

Небаланс напряжений: степень отклонения трёхфазной системы напряжений от симметрии, выражаемая как отношение составляющей обратной (или нулевой) последовательности к составляющей прямой последовательности.

Почему это важно: Двигатели и преобразователи снижают мощность и перегреваются при несимметричном питании — пределы устанавливаются стандартом или производителем машины (для справки: IEC 61000-2-2 даёт 2 % для сетей низкого напряжения), поэтому применимый предел должен быть указан. Его снижение обычно означает перераспределение однофазных нагрузок или изменение сечения нейтрали.

Простой срок окупаемости: капитальные затраты, делённые на годовую чистую экономию, без дисконтирования и роста цен (оценочный показатель, а не финансовая модель).

Почему это важно: Это число решает, купит ли заказчик сейчас. Поскольку это простое отношение, два входных параметра, определяющих его (цена энергии и удельные капитальные затраты), должны быть показаны рядом с ним — иначе никто не сможет понять, на каком допущении основан этот показатель.