הרמה 3 EV דרישות חשמל למטען: מדריך התכנון המלא

ההבדל הקריטי הוא בשורה השלישית: מטענים ברמה 3 מטפלים בהמרת AC ל-DC מחוץ לרכב, בתוך תחנת הטעינה עצמה. המרה מחוץ ללוח הסוללה הזו היא שמאפשרת להם לדחוף מאות קילוואט ישירות לתוך הסוללה. זה גם מסביר מדוע דרישות החשמל הן בליגה אחרת לגמרי. מטען ברמה 2 מתחבר לתשתית שכבר יש ברוב הבניינים. מטען ברמה 3 דורש למעשה ממך לבנות תחנת משנה קטנה בנכס שלך.

חשבו על זה כך: רמה 1 היא צינור גינה, רמה 2 היא צינור מים ביתי, ורמה 3 היא ברז כיבוי אש. השאלה אינה האם אתם זקוקים לנפח של ברז הכיבוי. השאלה היא האם הנכס שלכם מחובר לצינור מים גדול מספיק כדי לספק אחד כזה.

השאלה הראשונה - האם יש לך חשמל תלת פאזי של 480 וולט?

זה השער. לפני שאתם משווים דגמי מטענים, לפני שאתם מחשבים את החזר ההשקעה (ROI), לפני שאתם מתקשרים לקבלן: האם באתר שלכם יש שירות חשמל תלת פאזי של 480 וולט?

מדוע מתח תלת פאזי 480V אינו ניתן למשא ומתן

הפיזיקה פשוטה. מטען ברמה 3 חייב לדחוף 50 עד 350 קילוואט של זרם ישר לתוך סוללת הרכב. ייצור כמות כזו של זרם ישר מרשת החשמל דורש כמות פרופורציונלית של זרם קלט, וככל שהמתח גבוה יותר, כך הזרם הנדרש נמוך יותר עבור אותה תפוקת הספק.

הנוסחה: הספק (קילוואט) = מתח (V) × זרם (A) × √3 ÷ 1,000 (עבור תלת פאזי).

חברו את המספרים: תחנת DCFC של 200 קילוואט במתח תלת פאזי של 480 וולט צורכת כ-240 אמפר. הפעלת אותם 200 קילוואט דרך מעגל חד פאזי של 240 וולט תזדקקו ליותר מ-830 אמפר. רמת זרם זו תדרוש מוליכים ברמת פס חיבור וגודל שירות שאף נכס מסחרי אינו מציע. חשמל תלת פאזי גם מאזן את העומס על פני שלושת המוליכים, ומונע את סוג התחממות יתר חד פאזית שתציק להתקנה חד פאזית בעלת הספק גבוה.

כל גיליון נתונים של יצרן DCFC מתחיל באותה שורה: "קלט: 480Y/277VAC, 3-phase". זו לא העדפה שרירותית. זוהי דרישת צפיפות הספק הטבועה בחוקי הנדסת החשמל.

מה אם יש לך רק 208V תלת פאזי?

זו השאלה שאף מאמר בתוצאות החיפוש לא עונה עליה. זו השאלה שמשאירה בעלי נכסים מסחריים ערים בלילה.

התשובה הקצרה: אפשרי מבחינה טכנית, כמעט בלתי סביר. חלק מיחידות DCFC בעלות צריכת חשמל נמוכה (30 קילוואט ומטה) יכולות לפעול על תלת פאזי של 208 וולט, אך עם עונש משמעותי. יחידה של 30 קילוואט ב-208 וולט צורכת כ-83 אמפר, בהשוואה לכ-36 אמפר ב-480 וולט. זרם נוסף זה אומר מוליכים גדולים יותר, מפסקים גדולים יותר ויותר חום מבוזבז. ו-30 קילוואט הוא בקושי מהיר יותר ממטען ברמה 2 מתקדם.

אם בבניין שלכם יש שירות 208V ואתם רציניים לגבי שנאי DCFC, נתיב השדרוג ברור אך יקר: שנאי מתח גבוה ייעודי. תקציב של 15,000 עד 50,000 דולר עבור השנאי בלבד, בתוספת 4-8 חודשים עבור אספקה ​​והתקנה. זהו לרוב הסעיף הגדול ביותר בפרויקט DCFC. עוד על כך בסעיף תיאום שירותים להלן.

עבור רוב אתרי 208V, הדרך החכמה יותר היא להתחיל עם מטענים ברמה 2 כדי לאמת את הביקוש, ולאחר מכן לחפור צינור גדול מדי במהלך ההתקנה כך שתוכלו למשוך כבל בדרגת DCFC מאוחר יותר מבלי לחפור מחדש.

דרישות צריכת חשמל ברמה 3 במבט חטוף

כל ערך שלהלן מגיע מגיליונות נתונים של היצרן וממאגר הנתונים של ההתקנות של מרכז נתוני דלקים חלופיים (AFDC) של משרד האנרגיה האמריקאי.

מתח ופאזה - היסוד החשמלי

על צד הקלט, התקן הוא 480Y/277VAC תלת פאזי בצפון אמריקה, ו-400VAC תלת פאזי באירופה ובחלק גדול מאסיה. זהו המתח המועבר משנאי החשמל לארון המטען. צד הפלט, המטען מיישר מתח AC למתח DC ומספק בין 200 ל-1,000 וולט DC ישירות לסוללת הרכב, בהתאם לפלטפורמת המתח המקורית של הרכב. רוב הרכבים החשמליים פועלים על מערכת 400 וולט; פלטפורמות חדשות יותר בעלות ביצועים גבוהים משתמשות ב-800 וולט.

העובדה שהפלט הוא DC היא מה שהופך את Level 3 למהיר. מכיוון שההמרה מתרחשת בתחנת הטעינה ולא בתוך המכונית, התחנה יכולה להשתמש במיישרים ברמה תעשייתית ובקירור אקטיבי חזק בהרבה מכל מטען מובנה. התחנה שולטת בניהול התרמי של כל סבב הטעינה, לא של הרכב.

אמפר וזרם - מה שמעניין את החשמלאי שלך

כאשר חשמלאי שואל "איזה גודל מעגל חשמלי צריך?", התשובה תלויה לחלוטין בדירוג ההספק של המטען:

כלל "125%" בעמודה הימנית אינו אופציונלי. על פי סעיף 625.42 בקוד החשמל הלאומי (NEC), EV ציוד טעינה מסווג כ- עומס מתמשך. הוא יכול לפעול בזרם מרבי במשך שלוש שעות או יותר. כל המוליכים והגנת זרם היתר חייבים להיות בגודל של 125% מהדירוג המוטבע על לוחית השם. מטען של 60 אמפר אינו מקבל מפסק של 60 אמפר. הוא מקבל מפסק של 80 אמפר.

הבחנה נוספת שמעוררת מתח אצל מפרטים בפעם הראשונה: קלט נוכחי ו תפוקה זרם יש מספרים שונים. צד הקלט נושא אמפר AC; צד הפלט נושא אמפר DC. ממיר DC של 350 קילוואט עשוי לספק 500 אמפר DC לרכב תוך שהוא משיכת כ-420 אמפר AC מהרשת. בעת קביעת גודל התשתית החשמלית, עבדו תמיד לפי מפרטי הקלט במדריך ההתקנה של היצרן.

דירוגי קילוואט לפי מקרה שימוש

התאמת רמת ההספק הנכונה למודל העסקי שלך חשובה יותר מקניית המטען הגדול ביותר שקיים. כך משתלבת ההספק ביישומים בעולם האמיתי:

• קמעונאות ונוחות (30–50 קילוואט): לקוח שרוצה לקנות במשך 30-60 דקות יכול להוסיף טווח של 80-150 מייל. מספיק לחניונים בחנויות מכולת, בתי מרקחת ובקניונים שבהם זמן השהייה בינוני.
• מסדרון כבישים מהירים וכיכרות תנועה (150–250 קילוואט): חלון הטעינה של 15-30 דקות ממופה להפסקת מנוחה. תחנות אלה עוגנות את הטעינה למרחקים ארוכים. EV רשת נסיעות וזקוקים לאמינות הגבוהה ביותר.
• מחסני צי (60–180 קילוואט, רב-נמלים): ציי רכב משלבים בדרך כלל טעינה ברמה 2 בלילה עם טעינת DCFC במהלך היום בין משמרות. דרישת החשמל מושפעת מחלונות זמן הפנייה של הרכב. אם אתם זקוקים לוואן בחזרה לכביש תוך 45 דקות, אתם זקוקים לפחות ל-120 קילוואט.
• משאית ואוטובוס כבדים (350–720 קילוואט): תקן מערכת הטעינה המגה-וואט (MCS) המתפתח יעבור את רף מגה-וואט אחד. מתקנים אלה קרובים יותר לציוד בקנה מידה של שירותים מאשר טעינת חניונים ודורשים תשתית ייעודית ברמת תחנה משנה.

הערה חשובה: מהירות הטעינה יורדת משמעותית לאחר שהסוללה מגיעה למצב טעינה של כ-80%, תופעה הנקראת מתחדדזה לא פגם במטען; זוהי אילוץ בטיחות של כימיה של הסוללה. כאשר אתם רואים "טעינה עד 80% תוך 20 דקות", יש להבין ש-20% הנותרים עשויים להימשך עוד 20-30 דקות. תכנון ריאלי באתר צריך להניח שרוב הסשנים מסתיימים ב-80%.

דרישות קוד NEC לטעינה מהירה של זרם ישר

אם הסעיפים הקודמים עסקו במה שהמטען שלך צריך, סעיף זה מכסה את מה שהבודק יבדוק. בארצות הברית, כל EV מתקני טעינה כפופים לתקן NFPA 70 (הקוד הלאומי לחשמל), ובפרט לסעיף 625 (מערכות העברת חשמל לרכב חשמלי).

כלל העומס הרציף של 125% (NEC 625.42)

NEC 625.42 קובע כי EV טעינת עומסים ייחשבו לעומסים רציפיםבפועל, משמעות הדבר היא שכל מוליך, התקן זרם יתר וסיום חייבים להיות מדורגים ללפחות 125% מהעומס המרבי של הציוד.

קחו מפסק DCFC של 50 קילוואט עם קלט של 60 אמפר ב-480 וולט, לפי לוחית השם. לפי כלל ה-125%: 60 × 1.25 = 75 אמפר. מכיוון שמפסקים מגיעים בגדלים סטנדרטיים, יש לעגל כלפי מעלה ל-80 אמפר. עבור המוליכים, מפסק של 80 אמפר עם נחושת THHN בצינור (מדורג לעמודה של 75°C לפי NEC 310.16) דורש חוט #4 AWG. אבל אם אתם משתמשים בכבל NM (Romex), שחייב להיות בגודלו מעמודה של 60°C לפי NEC 334.80, תצטרכו #3 AWG. החלטה זו לגבי סוג הכבל משנה את עלות החומר באופן משמעותי. זהו פרט שרבים ממתקיני DCFC חדשים מפספסים.

עוד ניואנס אחד: חישוב העומס צריך להשתמש קלט הספק, לא הספק פלט. מטען DC של 50 קילוואט עם יעילות המרה של 95% למעשה שואב כ-52.6 קילוואט מצד הזרם החילופין. הפרש זה של 2.6 קילוואט משמעותי כשאתם כבר צפופים בקיבולת הפאנל.

חישובי עומס - מדוע אינך יכול להחיל גורמי ביקוש

תחת תקן NEC 2023, סעיף חדש (220.57) נוסף במיוחד עבור EVSE: העומס המחושב הוא דירוג לוחית ההספק או 7,200 וואט, הגדול מביניהם, לכל מטען. סעיף 220.53, המאפשר מקדם דרישה של 75% עבור ארבעה מכשירים קבועים או יותר, אינו כולל במפורש EV ציוד טעינה בפסקה (5). כאן ה-NEC נהיה יקר.

למה היחס הקשה? בניגוד למכשירי חשמל ביתיים, שבהם סביר להניח שלא תפעילו את התנור, המייבש ודוד המים בעוצמה מלאה בו זמנית, אתר DCFC מסחרי תוכנן במיוחד לשימוש בו זמנית. זהו מודל העסקים. ה-NEC מניחה שכל מטען יוכל לפעול בעוצמה מלאה בו זמנית, כי במיקום עם תנועה רבה, הם כן יפעלו.

מהנדסי תכנון מנוסים מיישמים לעיתים גורמי גיוון ספציפיים לאתר על סמך דפוסי שימוש בפועל. אתר קמעונאי עם ארבעה מטענים של 150 קילוואט עשוי לראות גורם צירוף מקרים של 0.6-0.8; אתר כביש מהיר עשוי להיות קרוב יותר ל-0.8-1.0. אך הנחות אלו דורשות חותמת של מהנדס מורשה. ה-NEC עצמו אינו מציע הקלה.

היוצא מן הכלל של EMS שרוב בעלי האתרים מפספסים

יש דרך חוקית אחת להפחתת העומס המחושב מבלי להגדיל את היקף השירות החשמלי שלך: מערכת ניהול אנרגיה (EMS).

תקן NEC 625.42(A) מתיר קביעת גודל של מזינים ושירותים למקסימום המוגבל על ידי EMS, ולא לסכום כל לוחיות השם של המטענים, בתנאי שה-EMS רשום בתקני UL 750.30 וקביעת המגבלה דורשת גישה מוגבלת (לוח נדרש כלי, סיסמה או תוכנה מוצפנת). במילים פשוטות: אם תתקינו בקר מוסמך שמגביל אוטומטית את תפוקת המטען הכוללת כדי להישאר מתחת לתקרה מוגדרת מראש, ניתן יהיה להתאים את התשתית החשמלית שלכם לתקרה זו במקום למקסימום הסימולטני התאורטי.

דוגמה: אתר עם קיבולת פנויה של 300 אמפר בציוד המפסק הקיים שלו יכול, תחת חישוב NEC קונבנציונלי, להכיל בערך מגדש DCFC אחד של 120 קילוואט (144 אמפר × 1.25 = 180 אמפר, מה שמשאיר מרווח גובה לעומסי הבניין). בעזרת מערכת EMS, אותו אתר יכול להתקין שלושה מטענים של 120 קילוואט, מכיוון שהמערכת מבטיחה שהתפוקה המשולבת לעולם לא תעלה על תקרת 300 אמפר על ידי הפחתה דינמית של זרמי מטענים בודדים.

בפועל, רוב הקבלנים נוקטים כברירת מחדל בכלל 125% גם כאשר קיים מערכת EMS. זה פשוט יותר, דורש פחות תיאום עם יצרן הציוד, ועובר בדיקה ללא דיון. אבל עבור אתרים עם מוגבלות קיבולת, סעיף ה-EMS יכול להיות ההבדל בין "פרויקט בר ביצוע" לבין "פרויקט שנהרס עקב עלות שדרוג שנאים".

הפניה: טקסט סעיף 625 של NEC נגיש דרך הצופה המקוון החינמי של NFPA בכתובת nfpa.org/625.

ציר הזמן הנסתר - תיאום שירותים

אם תקחו דבר אחד מהמדריך הזה, קחו את זה: הפריט בעל זמן ההכנה הארוך ביותר בפרויקט DCFC כמעט אף פעם אינו המטען. זהו שנאי החשמל.

מטעני DCFC הם מוצרים מיוצרים עם זמני אספקה ​​סטנדרטיים של שבועות עד מספר חודשים. תשתית השירותים פועלת לפי לוח זמנים של עבודות ציבוריות. להלן זמני האספקה ​​הריאליים:

• שנאי סטנדרטי המותקן על עמוד: 4-8 חודשים מהיישום ועד להפעלת האנרגיה
• שנאי גדול המותקן על משטח (נפוץ באתרים של 350 קילוואט ומעלה): 8–14 חודשים
• שנאי בהתאמה אישית או בעל קיבולת גבוהה: 12-18 חודשים או יותר
• הולכת מחדש של מזין הזנה באזורים עירוניים צפופים: עד XNXX שנים

פירוט עלויות התשתיות

מחיר הרכישה של מטען ברמה 3 הוא קצה הקרחון הנראה לעין של קרחון עלות גדול בהרבה. הנה התמונה המלאה, המבוססת על נתוני התקנה של AFDC של משרד האנרגיה האמריקאי והערכות היצרן נכון לשנת 2025:

עלות ההתקנה החציונית בתעשייה לכל יציאת DCFC עומדת על כ-80,000 דולר נכון לשנת 2024. הטווח עצום מכיוון ששלושה משתנים שולטים: (1) המרחק בין חדר החשמל למיקום המטען (כל רגל של תעלה מעבר ל-100 רגל מוסיפה 50-150 דולר בעלויות כבלים וצינורות); (2) הקיבולת החשמלית הקיימת באתר שלך (אם לשנאי שלך יש קיבולת פנויה, קו התשתית החשמלית עשוי לעלות 20,000 דולר; אם אין, זה יכול לעלות 200,000 דולר); (3) עבודה מקומית והיתרים (אותה התקנת DCFC יכולה לעלות פי שלושה בעיר ניו יורק מאשר בפרברי טקסס).

הפתעת טעינת הסוללה - ולמה אחסון הסוללות חשוב

יש דרישת חשמל נסתרת לטעינה ברמה 3 שלא מופיעה באף גיליון נתונים של מטען: דרוש חיובים מחשבון החשמל שלך.

רוב תעריפי החשמל המסחריים מחולקים לשני מרכיבים: חיובי אנרגיה (¢/kWh, הכמות שצרכת בפועל) וחיובי ביקוש (¢/kWh, הכמות הגבוהה ביותר שלך) מִיָדִי צריכת חשמל במהלך תקופת החיוב, בדרך כלל נמדדת במרווחים של 15 דקות). חיובים עבור ביקוש קיימים משום שחברת החשמל חייבת לבנות תשתית שתשרת את שיא החשמל שלך, גם אם אתה מגיע לשיא זה רק למשך 15 דקות בחודש.

תחנת DCFC היא אסון טעינה-ביקוש שמחכה להתרחש. ברגע שהרכב מתחבר לחשמל והמטען עולה מ-0 ל-150 קילוואט, אותם 150 קילוואט הופכים לשיא הביקוש החודשי שלך. בטריטוריה עם קצב ביקוש של 20 דולר לקילוואט, טיפוסי ל-PG&E של קליפורניה, סשן טעינה יחיד של 150 קילוואט מייצר 3,000 דולר לחודש. אם אתה מוכר את החשמל הזה תמורת 0.35 דולר לקילוואט, הסשן ייצר כ-26 דולר בהכנסות אנרגיה כנגד קנס של 3,000 דולר לביקוש. סשן אחד, חודש אחד, דיו אדום.

זה המקום שבו אחסון אנרגיה של סוללה (BESS) משנה את הכלכלה. סוללת ליתיום ברזל פוספט (LFP) בהספק של 200 קוט"ש הפרוסה לצד המטענים יכולה לפרוק את עצמה במהלך טעינה כדי לספק את שיא ההספק, בעוד שחיבור הרשת צריך לספק רק את עומס הבסיס הממוצע. במקום שהחברה תראה עלייה חדה של 150 קילוואט, היא רואה צריכה קבועה של 50 קילוואט, מה שמוריד את דמי הביקוש החודשיים מ-3,000 דולר ל-1,000 דולר. ב- BESS עלות המערכת היא כ-60,000–90,000 דולר עבור יחידה של 200 קוט"ש, תקופת ההחזר מחיסכון בטעינה לפי דרישה בלבד היא 2.5–4 שנים. לאחר מכן, החיסכון מועבר ישירות לשורה התחתונה.

הדרך הישירה ביותר להתקנה זו היא לספק את המטען והסוללה מאותו יצרן. זה מבטל את הפניית האצבעות באינטגרציה ומשמעותו שמספר תמיכה אחד מכסה את כל המערכת. חברות המציעות גם מטענים מהירים של DC (מיחידות המותקנות על הקיר בהספק של 30 קילוואט ועד מערכות מקוררות נוזל בהספק של 600 קילוואט) וגם מטענים מסחריים BESS (100 קילוואט/230 קילוואט-שעה מקורר נוזל, עם הגנה מפני אש תלת-שכבתית ועומק פריקה של 90%) ממחישים כיצד המערכת האקולוגית של טעינה-ואחסון מתבגרת לקטגוריה של ספק יחיד. BENYמערכות אחסון אנרגיה מסחריות של סוללות הן דוגמה אחת לגישה משולבת זו.

המסקנה: אם אתם מעריכים אתר DCFC, הוסיפו לרשימת הבדיקה "בקשו את גיליון תעריפי החשמל המסחרי מחברת החשמל שלכם". לפני חתימה על הזמנת רכש של מטען. סעיף הטעינה לפי דרישה עשוי לקבוע האם הפרויקט שלך כדאי מבחינה כלכלית, והאם אתה זקוק לסוללה.

מידות מעשיות - דוגמה מהעולם האמיתי

בואו נעבור על תרגיל הערכה מלא עבור תרחיש נפוץ: מרכז קניות קטן רוצה להתקין ממסר DCFC אחד בהספק של 120 קילוואט כדי למשוך לקוחות הנוהגים ברכב חשמלי.

שלב 1: תנאי האתר. שירות חשמל קיים: לוח תלת פאזי 480Y/277V, 800 אמפר. שיא עומס נוכחי שנמדד: 450 אמפר (ממחקר עומס של 30 יום). מרווח גחון זמין: 800 × 0.8 (ירידה בעומס רציף) = 640 אמפר שמיש. קיבולת פנויה: 640 − 450 = 190 אמפר.

שלב 2: דרישת מטען. תפוקה של 120 קילוואט ביעילות של 95% = קלט של 126.3 קילוואט. זרם קלט: 126,300 ÷ (480 × √3 × 0.95 PF) ≈ 160 אמפר. גודל עומס רציף: 160 × 1.25 = 200 אמפר → בחר מפסק של 200 אמפר.

שלב 3: בדיקת היתכנות. קיבולת רזרבית של 190 אמפר לעומת דרישה של 200 אמפר. זה גבולי. זה מתאים רק אם שיא העומס של 450 אמפר במחקר הוא באמת התרחיש הגרוע ביותר ולא מתוכננת גידול עתידי בעומס. באופן ריאלי, אתר זה זקוק לשדרוג פאנל אם הוא רוצה הרחבה כלשהי של מרווח גובה.

שלב 4: גודל המוליך. מפסק 200 אמפר, נחושת THHN בצינור, עמודה 75°C → #3/0 AWG לפי NEC 310.16. עבור מרחק של 80 מטר מהפאנל למיקום המטען, ירידת המתח בעומס מלא היא כ-1.1%, בטווח המקסימלי המומלץ על ידי NEC של 3% עבור הזנות.

שלב 5: הערכת עלות. חומרת מטען (45,000 דולר) + תשתית חשמל (25,000–40,000 דולר עבור שינויי פאנל, צינורות וחיווט) + עבודות אזרחיות (15,000 דולר עבור חפירה ומשטח עבודה) + תכנון/היתרים (15% = ~13,000 דולר). סה"כ: 98,000–113,000 דולר, התקנה.

פסק דין: מבחינה טכנית, אך מצומצם. אם הכיכר הזו צופה להוסיף מטען שני או כל עומס משמעותי חדש של דיירים תוך חמש שנים, שדרוג השירות ל-1,200 אמפר כעת יהיה זול יותר מאשר ביצוע שני שדרוגים נפרדים.

רמה 2 לעומת רמה 3 - איזו מהן אתם באמת צריכים?

אחרי כל מה שכיסינו, השאלה הכי שימושית היא הפשוטה ביותר: כמה זמן המשתמשים שלכם נשארים?

מספר הולך וגדל של אתרים מסחריים פורסים שילוב של אפשרויות: ארבעה יציאות ברמה 2 לחונים לאורך כל היום ושני יציאות ברמה 3 למבקרים המגיעים במהירות. אתם מקבלים את הטוב משני העולמות מבלי לבנות יתר על המידה.