Exemple d'aire de recharge pour véhicules électriques comprenant un coffret de transformateur au sol indépendant et des bornes de recharge.

Dimensionnement des transformateurs pour bornes de recharge de véhicules électriques : entrée CA, gestion de la charge et extension

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En bref

  • Commencez par vérifier l'entrée CA spécifiée pour chaque armoire alimentée. Comptez correctement les connecteurs partagés et les charges alimentées séparément.
  • Vérifier la demande sur le site concerné et s'assurer que la limite gérée est respectée au niveau de la limite électrique correspondante, tant en fonctionnement normal qu'en mode dégradé.
  • Vérifier le service de charge, la charge par phase et la charge thermique, ainsi que les limites imposées par le réseau et les limites des lignes de distribution, tant pour la construction initiale que pour l'extension.

Le dimensionnement du transformateur d'une borne de recharge pour véhicules électriques repose sur la puissance apparente consommée par l'équipement de recharge au niveau de ses bornes CA, à laquelle s'ajoute la puissance de tous les autres équipements alimentés par ce même transformateur. Cette évaluation est effectuée sur la durée, en conditions normales de fonctionnement et en tenant compte d'une défaillance plausible de tout système de gestion de charge sur lequel repose la conception. L'exemple pratique compare des modèles de 500 et 630 kVA comme critères de présélection. Le choix final dépend également de l'alimentation du site et des limites des équipements.

Mesurer la tension à l'entrée CA du chargeur plutôt qu'à la sortie du connecteur

Quatre grandeurs différentes sont utilisées de manière interchangeable lors des premières discussions de planification. Chacune d'entre elles répond à une question distincte concernant le dimensionnement ou l'exploitation.

Puissance de sortie en kW (courant continu) Il s'agit de la puissance réelle fournie à l'entrée du véhicule, en aval du système de conversion de puissance du chargeur. Puissance réelle d'entrée CA (kW) c'est la puissance que l'armoire prélève au niveau de ses bornes CA pour assurer cette sortie, en tenant compte des pertes de conversion et de tous les équipements auxiliaires inclus à cette limite. Puissance apparente d'entrée CA en kVA décrit la charge du réseau alternatif en termes de tension et de courant efficaces. Le courant d'enroulement, la teneur en harmoniques et les conditions thermiques influent sur l'échauffement du transformateur. kWh mesure l'énergie fournie ou consommée au fil du temps et permet de vérifier si les horaires de recharge sont adaptés aux besoins liés aux départs.

La puissance d'entrée en kVA et le courant d'entrée indiqués par le fabricant, à la tension d'alimentation et selon la configuration réelles, constituent les principales données de dimensionnement. Le calcul de la puissance apparente à partir de la puissance en kW CC, d'un rendement et du facteur de puissance réel constitue une solution de repli pour la phase de présélection ; cette méthode n'est valable que lorsque ces trois données correspondent au même point de fonctionnement déclaré et aux mêmes limites électriques.

Pour une charge triphasée équilibrée, le calcul est le suivant :

S (kVA) = √3 × V (tension entre phases, volts) × I (courant efficace de phase, ampères) ÷ 1000

Un exemple concret illustre pourquoi cette distinction est importante. Le Guide des produits ABB Terra 94/124/184, homologués UL indique, pour la colonne Terra 184, une puissance de sortie CC maximale de 180 kW, avec deux sorties simultanées de 90 kW chacune proposées en alternative — et, séparément, une intensité d'entrée CA nominale de 230 A et une puissance nominale de 192 kVA pour une alimentation spécifiée de 480Y/277 V, 60 Hz. Cette même série indique un facteur de puissance supérieur à 0.96, un THD de courant inférieur à 5% et un rendement de 95%, une note de bas de page précisant que ces chiffres s’appliquent dans des conditions de sortie nominales. Aux tensions et courants nominaux entre phases indiqués, le calcul équilibré est le suivant :

√3 × 480 V × 230 A ÷ 1000 ≈ 191.2 kVA

La valeur calculée de 191.2 kVA est proche de la valeur de 192 kVA indiquée dans le tableau. Utilisez la puissance nominale indiquée par le fournisseur pour cette configuration et vérifiez les limites d'entrée sur toute la plage d'alimentation réelle du projet.

Si le fournisseur n'indique que la puissance en kW CC et le rendement à un point de fonctionnement donné, divisez la puissance en kW CC par le rendement CC-CA correspondant pour estimer la puissance d'entrée CA réelle en kW. Divisez ensuite cette valeur par le facteur de puissance réel pour estimer la puissance en kVA. Vérifiez quels équipements auxiliaires sont déjà pris en compte dans le rendement et n'ajoutez que les charges distinctes à la limite applicable. Une puissance de sortie CC maximale, une puissance nominale CA et un facteur de puissance minimal issus de différents champs du catalogue ne définissent pas un point de fonctionnement unique.

Deux pièges reviennent régulièrement.

Le premier est mélange des rangées. Une fiche technique peut indiquer une plage de tension d'entrée, par exemple 480Y/277 V, avec une bande de tolérance, et ne mentionner le courant qu'à la tension nominale. Multiplier la valeur inférieure de la plage de tension par le courant nominal peut conduire à une estimation erronée de l’entrée. Un chargeur peut absorber davantage de courant pour maintenir la puissance, ou réduire sa sortie à une tension plus faible, en fonction de ses limites. Associez chaque courant à la tension et aux conditions de fonctionnement qu’il décrit.

La deuxième consiste à considérer un point de recharge CA comme s'il avait une consommation fixe. Pour les équipements CA de niveau 2, la station contrôle l'alimentation fournie au véhicule. La consommation réelle de ce dernier dépend du chargeur embarqué, qui peut consommer moins que le courant indiqué par le signal pilote, en fonction du véhicule, de son état de charge et de la température. Les caractéristiques nominales du circuit et des équipements fixent des limites. Utilisez la composition prévue du parc de véhicules pour estimer la demande en fonctionnement, puis vérifiez séparément la capacité d’alimentation des équipements et du circuit de dérivation par rapport aux exigences applicables.

Pour en savoir plus sur les principes fondamentaux relatifs à la puissance apparente, à la puissance réactive et au facteur de puissance des transformateurs qui sous-tendent ces calculs, voir Pourquoi la puissance nominale des transformateurs est-elle exprimée en kVA ?.

Comptez le nombre d'armoires alimentées, et pas seulement celui des connecteurs de recharge

Avant toute opération arithmétique, délimitez le périmètre. Un site CC type fonctionne selon le schéma suivant : alimentation du réseau → transformateur du site → barre omnibus CA ou tableau de distribution → une ou plusieurs armoires de conversion de puissance → distributeur ou emplacements de connecteurs intégrés → prise d'alimentation du véhicule. Identifiez les charges CA effectivement alimentées par le transformateur et les emplacements où chaque valeur nominale ou mesure est relevée.

Avec les blocs d'alimentation partagés, les connecteurs font office de points de distribution. Une armoire prenant en charge des sessions simultanées peut répartir sa puissance de sortie totale en courant continu entre les véhicules. Comptez le nombre d'armoires ou de blocs alimentés indépendamment en courant alternatif et identifiez leur puissance d'entrée en courant alternatif indiquée. Vérifiez quelles armoires et quels modules d'alimentation peuvent fonctionner ensemble à pleine puissance.

Le Étude de caractérisation des bornes de recharge pour véhicules électriques (EVSE) menée par le ministère américain de l'Énergie (DOE) et le Laboratoire national des Rocheuses est utile précisément parce qu’il permet de garder ces limites bien visibles : ses enregistrements distinguent l’entrée CA de l’armoire, le CA auxiliaire du distributeur et l’entrée CC du véhicule comme des points de mesure distincts, et il signale les sessions simultanées sur les deux ports avec des enregistrements séparés pour l’entrée CA et la sortie CC. Cette distinction en trois parties est une habitude à adopter lors d’une revue de conception : chacune de ces trois limites électriques peut apparaître sur un schéma. L’énergie fournie à la prise CC est déjà représentée en amont au niveau de l’entrée CA de l’armoire. N’ajoutez le courant alternatif auxiliaire fourni séparément que s’il est prélevé sur le même transformateur.

Les verbes auxiliaires nécessitent alors une décision délibérée quant à leur inclusion :

  • Les équipements CVC de l'armoire, les bobines de contacteurs, les commandes et les pertes de conversion internes doivent être pris en compte dans la puissance d'entrée CA en kVA indiquée, lorsque le fournisseur confirme qu'ils sont inclus. Ne les comptez qu'une seule fois.
  • Un distributeur auxiliaire alimenté en courant alternatif par une dérivation distincte, des résistances anti-condensation d'armoire ou une unité de refroidissement autonome doit être inclus dans le tableau des charges s'il est alimenté par ce transformateur et s'il dépasse la puissance nominale incluse des équipements.
  • Les charges du site alimentées par le même transformateur — système CVC du bâtiment, éclairage, sanitaires, bornes de paiement, signalétique, supérette — sont totalement distinctes de celles liées à la recharge et doivent être regroupées dans le même total.

La liste des équipements inclus dépend du modèle. Les valeurs indiquées dans la fiche technique d'une armoire d'un fabricant donné, qui correspondent à la puissance d'entrée en kVA spécifiée, ne s'appliquent qu'à ce modèle et à cette configuration ; une autre armoire présentant la même puissance de sortie peut nécessiter un circuit de refroidissement fourni séparément. Veuillez lire la note figurant sous le tableau plutôt que de supposer une équivalence entre les différentes marques.

Le schéma conceptuel représente un transformateur, avec une entrée CA vers une armoire électrique et une sortie CC au niveau d'un connecteur.
Pour une armoire de recharge en courant continu, utilisez les limites d'entrée en courant alternatif pour le dimensionnement du transformateur. Le symbole du connecteur de sortie est générique.

L’extension est l’autre source d’erreur dans le calcul de la charge. Une armoire ajoutée lors de la deuxième phase crée une nouvelle charge en courant alternatif si elle est raccordée au même transformateur. Si le transformateur, le jeu de barres du tableau et le circuit d’alimentation sont dimensionnés uniquement pour la première phase, l’ajout d’armoires peut nécessiter de renforcer le raccordement ou de remplacer des équipements.

Élaborer des scénarios de demande simultanée pour les périodes de recharge normales et de pointe

La charge connectée, la demande simultanée et le plafond applicable répondent à trois questions différentes, et un site a besoin de ces trois éléments.

Charge connectée Il s'agit de la somme arithmétique de tout ce qui pourrait être consommé simultanément : chaque armoire à sa puissance d'entrée CA nominale, chaque équipement auxiliaire, chaque charge du bâtiment. Il s'agit d'un seuil maximal. Utilisez-le pour évaluer les équipements raccordés avant de recourir à la gestion de charge. Une défaillance du système de contrôle peut entraîner une demande différente, ce qui nécessite une analyse spécifique et fiable.

Demande simultanée Il s'agit de la charge cumulée à un moment donné ou sur un intervalle de demande défini. Elle suit des profils temporels : quand les véhicules arrivent, combien de temps ils restent, quelle puissance chacun consomme à mesure que son niveau de charge augmente, quand ils doivent repartir, quelle est l'activité du bâtiment à cette heure-là, et comment la température ambiante influe à la fois sur la charge du système CVC et sur le comportement de recharge des véhicules. Elle peut être prévue à partir d’hypothèses d’arrivée et de durée de stationnement, mesurée sur le site ou estimée à partir de données d’exploitation comparables, en précisant les différences.

Plafond exécutoire Il s'agit d'une limite que l'équipement est réellement capable de supporter, en un point de mesure défini, dans des conditions de défaillance définies. N'utilisez cette valeur comme donnée de conception que dans le cadre documenté et accepté du système de contrôle et de son système de secours.

Il n'existe pas de facteur de diversité universel applicable à ces deux cas de figure. Un dépôt de flotte où les retours et les départs sont concentrés présente un profil de tarification différent de celui d'une aire d'autoroute où les arrivées sont variables. Le Documents du DOE relatifs à la planification des infrastructures de l'AFDC Cela se concrétise ainsi : le document décrit l’aménagement du site en fonction de la somme des charges liées à la recharge et aux installations, ainsi qu’un déploiement sur le lieu de travail qui a pris en compte les contraintes mesurées du site et les exigences en matière de recharge pour répartir la puissance — plutôt que d’appliquer un facteur empirique. Ce même document souligne que la capacité des services, des tableaux électriques et des transformateurs constitue des contraintes à vérifier dès le début, parallèlement à une implication précoce des fournisseurs d’énergie.

L'énergie nécessaire au départ constitue un critère distinct pour un site géré. Divisez l'énergie dont les véhicules ont besoin par le temps de recharge disponible afin de déterminer la puissance moyenne en courant continu fournie. Si les véhicules ont besoin de 900 kWh fournis entre 18 h 00 et 06 h 00, la plage de 12 heures nécessite une puissance moyenne en courant continu fournie de 75 kW. La puissance moyenne en courant alternatif correspondante inclut également les pertes et tous les équipements auxiliaires pertinents. Vérifiez les plages horaires individuelles d’arrivée et de départ ainsi que les limites de puissance des véhicules. Le site peut satisfaire aux besoins énergétiques globaux sur l’ensemble de la plage horaire et pourtant ne pas pouvoir prendre en charge un départ anticipé.

Les contraintes liées aux équipements et au réseau de distribution ne sont pas prises en compte dans le calcul de la demande et doivent être suivies séparément. Le transformateur a sa propre limite thermique ; la ligne d’alimentation et le raccordement du réseau en ont une ; le jeu de barres de l’appareillage de commutation et les câbles ont les leurs. La contrainte déterminante est celle qui est atteinte en premier, et l’augmentation de la capacité à un niveau donné n’a pas d’incidence sur les autres. La charge par phase présente exactement la même limite : un site dont la puissance totale en kVA semble suffisante peut tout de même présenter une phase dépassant sa limite de courant admissible lorsque les charges sont réparties de manière inégale.

Trois notions sont présentées séparément : la charge raccordée, la demande coïncidente et le plafond imposé.
Les équipements connectés, la demande simultanée et une limite de contrôle applicable constituent autant d'éléments à prendre en compte lors de l'étude de dimensionnement.

Un workflow d'application utilitaire met en évidence les exigences en matière de documentation. Le Procédure relative aux infrastructures pour véhicules électriques prévue par la règle n° 29 de Southern California Edison demande un plan de site, les fiches techniques des chargeurs, un tableau des charges et un schéma unifilaire à des fins d'ingénierie. Son évaluation préalable facultative indique l'emplacement des transformateurs, des appareillages de commutation et des ports sur le plan de site, mais ne réserve pas de charge. Il s'agit d'un exemple parmi d'autres. Vérifiez la procédure applicable en matière de demande, d'étude et de réservation pour le site concerné.

La gestion de la charge de crédit ne doit être effectuée qu'après avoir vérifié la solution de secours

Un schéma de répartition de la charge et une contrainte d'entrée du transformateur acceptée ne sont pas la même chose, et les confondre constitue l'erreur la plus coûteuse de tout cet exercice.

A répartition commerciale détermine qui obtient quelle part de puissance et à quel moment : partage à tour de rôle, priorité au premier arrivé, pondération en fonction de l'heure de départ, tarifs. Il s'agit d'une politique d'équité et de service. Une contrainte d'entrée acceptée Il s'agit d'une limite de courant alternatif définie en un point de mesure désigné, sous réserve de l'accord du concepteur électrique et, le cas échéant, du fournisseur d'électricité ou de l'autorité compétente. L'exploitant confirme le service de recharge qu'il autorise. Ne tenez compte de cette limite que pour les cas de fonctionnement et de défaillance qu'elle couvre.

Les éléments de preuve dont vous avez besoin avant de créditer un plafond sont les suivants :

  • Lieu et unités de mesure. Précisez si la limite correspond à une valeur en kVA CA pour une limite triphasée donnée ou à un courant par phase. Notez l'emplacement du compteur, son échelle de mesure et la méthode d'agrégation. Vérifiez quelles charges distinctes se situent en dehors du plafond côté VE mais sont tout de même alimentées par le transformateur. Une limite en kW ou une limite de facturation ne définit pas en soi une limite en kVA CA ou une limite de courant par phase.
  • Matériel et configuration. Quel contrôleur, quel micrologiciel, quels compteurs, quels chargeurs et quelle topologie de zones ? Le Guide de mise en service par zone de Schneider Electric décrit les contrôles de zone tant statiques que dynamiques : pour ce système, l'attribution des connecteurs hors ligne dépend soit de la capacité maximale de la zone statique, soit du point de consigne dynamique en mode dégradé ; une zone dynamique applique une gestion hors ligne en cas de perte de communication avec le chargeur ou le compteur dédié, en utilisant un point de consigne basé sur le courant restant disponible du véhicule électrique lorsque les informations relatives aux autres charges font défaut.
  • Réponse et délais. À quelle vitesse la limite entre en vigueur une fois le seuil franchi, et à quoi ressemble la réponse transitoire pendant la transition.
  • Comportement en cas de défaillance. Perte du contrôleur, perte du compteur, perte du réseau, perte de communication au niveau du chargeur : chacune de ces situations nécessite un plan de secours défini et bien délimité, plutôt que de compter sur le fait que le réseau reste opérationnel.
  • Démarrage et reprise. Que se passe-t-il lors d'un démarrage à froid alors que plusieurs véhicules sont déjà branchés, et comment le système revient-il à une répartition normale après une interruption de communication ?
  • Commande manuelle. La question est de savoir si un opérateur peut contourner cette limite, et si cela est acceptable.
  • Expansion. Il faut déterminer si cette contrainte reste valable lorsque des armoires sont ajoutées, ou si elle est dépassée sans que cela soit signalé, car la limite avait été configurée pour la première phase.

Le Documentation relative au tableau de bord « EcoStruxure EV Charging Expert » de Schneider Electric illustre les éléments permettant la vérification lors de la remise : consommation réservée, allouée et mesurée lorsqu'un compteur est attribué ; configuration et sélection de la phase de charge ; comparaison entre la valeur de consigne et la consommation mesurée ; version du micrologiciel ; et courant dégradé. Utilisez les relevés de phase et les configurations réels figurant dans le procès-verbal de mise en service. Une valeur de consigne affichée est distincte d'une réponse mesurée et ne constitue pas un critère d'acceptation.

La définition du périmètre d'une liste nécessite la même rigueur. Le Guide de conception des sites ChargePoint CPF50 décrit la certification UL 916 relative à la gestion de l'énergie ainsi que la communication réseau en temps réel pour cette station CA nord-américaine, et établit une distinction entre le circuit de la station et la connexion à une alimentation donnée ainsi qu'à la configuration des phases de l'équipement. Cette déclaration concerne ce produit ; elle ne fait aucune mention des commandes d’une armoire CC, d’un système de gestion de l’énergie tiers, ni de la validité d’un comportement spécifique en cas de perte de communication.

La dernière étape consiste en une vérification effectuée en présence d'un témoin, conformément au plan de mise en service approuvé. Consignez les révisions apportées au régulateur et au compteur, le courant ou le kVA maximal observé aux limites requises, le temps de réponse, ainsi que le comportement du site dans chaque état de défaillance et de rétablissement spécifié. Ne tenez pas compte de la limite maximale dans tout cas de figure de conception pour lequel la limite requise n'a pas été justifiée.

Une fiche de contrôle vierge indique un contrôle normal, une perte de signal et une reprise du signal.
Consignez la réponse vérifiée pour chaque état de contrôle concerné, en précisant notamment comment la limite revient à la normale après une défaillance.

This load-management example shows how charging zones, power meters and configured limits work together to control site demand.



Vérifier la charge par phase, les harmoniques et la plage d'alimentation du chargeur

Le dimensionnement du transformateur n'est pas terminé pour autant que la comparaison en kVA soit satisfaisante. Vérifiez les limites d'alimentation du chargeur par rapport aux caractéristiques combinées du réseau, du transformateur et de la ligne de distribution, ainsi qu'à la charge prévue.

La tension et l'enveloppe d'alimentation. Déterminez la plage de tension d’entrée et la tolérance du chargeur sélectionné. L’impédance du transformateur, l’impédance de l’alimentation et la chute de tension lors d’un changement de charge, du repos à la pleine puissance, déterminent conjointement si les bornes restent dans cette plage. Un site peut satisfaire au contrôle de puissance en kVA tout en présentant une tension faible aux bornes du chargeur lorsque plusieurs unités augmentent simultanément leur charge. La régulation de tension entre le fonctionnement à vide et la pleine charge, les réglages des prises et le profil de tension propre au réseau électrique entrent tous en ligne de compte dans ce calcul. La fréquence, la rotation des phases et le schéma de mise à la terre constituent les autres éléments à prendre en compte — certains équipements spécifient une configuration particulière de mise à la terre de la source ; il convient donc de vérifier la compatibilité par rapport à la conception approuvée.

Équilibre de phase. Certains sites utilisent des bornes d'alimentation en courant alternatif monophasé ou des charges qui ne sollicitent pas toutes les phases de manière égale. Vérifiez le courant efficace (RMS) de chaque phase ainsi que le courant du neutre, lorsqu'il est présent et qu'il supporte une charge. La puissance totale en kVA peut masquer une phase fortement sollicitée.

Harmoniques. Le spectre du courant d’entrée dépend de l’électronique de puissance du chargeur et de son point de fonctionnement. L’étude de caractérisation des EVSE menée par le DOE le démontre précisément : des mesures quasi-stables réalisées sur les équipements cités montrent que le rendement, le facteur de puissance et la distorsion du courant alternatif varient tous en fonction des conditions de fonctionnement. Une simple valeur de THD mesurée à la puissance nominale ne permet pas de décrire le fonctionnement à charge partielle ni l’ensemble d’un site. Un pourcentage de distorsion plus élevé à faible charge n’implique pas en soi un courant harmonique absolu plus élevé. L’affirmation de la série ABB selon laquelle « le THD du courant est inférieur à 5% » est une allégation relative au produit dans des conditions de puissance nominale pour cette configuration — il ne s’agit pas d’une limite pour le site, d’une base de déclassement du transformateur, ni d’une garantie concernant la distorsion globale lorsque plusieurs unités fonctionnent en parallèle.

Il n’existe pas de limite harmonique universelle ni de facteur de déclassement à appliquer. L’approche la plus rigoureuse consiste à obtenir auprès du fournisseur de l’équipement le spectre harmonique réel sur toute la plage de fonctionnement prévue, à étudier la manière dont les ordres harmoniques applicables se combinent pour les équipements fonctionnant simultanément et les autres charges, puis à vérifier la charge résultante par rapport à la capacité thermique du transformateur. Examinez séparément les exigences de qualité de l'énergie du réseau électrique au point d'évaluation spécifié par celui-ci. Lorsque la distorsion est importante par rapport à la charge, un transformateur de conception spéciale ou un appareil standard déclassé peut s'avérer nécessaire — mais cette décision doit être fondée sur le spectre, et non sur une règle empirique.

Environnement thermique. La température des enroulements dépend de la température ambiante, de la ventilation du local, de l'apport solaire, du taux d'harmoniques, ainsi que de la durée et de l'intensité de la charge. Une plate-forme extérieure exposée en plein soleil, une enceinte ventilée avec un débit d’air restreint ou un groupe d’armoires dans lequel l’air chaud circule en boucle peuvent tous réduire la capacité utile en dessous de la valeur indiquée sur la plaque signalétique. Utilisez le profil fiable et durable de la température ambiante et de la charge du projet, conformément aux bases thermiques indiquées par le fournisseur du transformateur.

Le point commun est que ces quatre vérifications nécessitent une analyse approfondie plutôt qu'une simple consultation. Pour le traitement thermique côté transformateur du régime harmonique, voir Quand faut-il envisager une réduction de la puissance nominale ou une conception spéciale ?.

Comparer un transformateur de première phase avec le plan d'extension

Le choix entre un transformateur plus puissant dès le départ et une mise en service progressive repose sur une comparaison des charges admissibles sur les deux phases, et non sur l'ajout d'une marge standard.

Commencez par établir la charge du transformateur dans chaque situation. La charge raccordée et la charge en service normal avec gestion de la puissance diffèrent pour la première phase. Il en va de même pour la deuxième. Ajoutez les situations anormales : perte du contrôleur de gestion de charge, perte d’un compteur, démarrage à froid avec tous les connecteurs occupés et tout autre mode que l’exploitant prévoit d’autoriser. Pour chaque situation, notez l’ampleur de la charge, sa durée et le régime de service normal ou de secours. La réponse du transformateur dépend de sa charge antérieure, du refroidissement, des conditions ambiantes et de la durée. Évaluez toute surcharge temporaire selon les critères de charge retenus pour ce transformateur.

Vérifiez ensuite les couches environnantes. La puissance nominale du service fourni par le distributeur et son propre équipement peuvent limiter la puissance que vous pouvez réellement prélever, quelle que soit la puissance indiquée sur la plaque signalétique du transformateur. La capacité nominale des barres omnibus de l’appareillage, le calibre des disjoncteurs et leurs réglages de déclenchement, l’intensité admissible des câbles et la chute de tension ont tous leurs propres limites, et n’importe laquelle d’entre elles peut constituer la contrainte limitante. L'espace civil a plus d'importance qu'il n'y paraît : l'empreinte au sol, les dégagements, l'accès à l'enceinte, la capacité de la tranchée de câblage et l'espace réservé à une deuxième unité sont tous déterminés dès le début, et leur modification ultérieure entraîne des coûts réels.

Du côté des services publics, il convient de distinguer une indication de capacité d'un engagement de capacité. La règle SCE n° 29 établit précisément cette distinction : une indication préliminaire de la capacité disponible ne constitue pas une réservation de charge, et le déroulement de la procédure dépend de l’approbation du service compétent (AHJ) et du nombre définitif de ports installés. Il est important de garder cette distinction à l’esprit lors de toute discussion avec le fournisseur d’énergie : notez ce que le fournisseur a réservé, à quelles conditions, et ce qui doit être revérifié avant toute mise sous tension ultérieure.

En pratique, le choix se résume généralement à quatre options :

  1. Un transformateur plus grand maintenant, en les comparant aux conditions de fonctionnement normales et anormales admises pour les deux étages. Comparez le coût d'acquisition, les pertes à vide et en charge, ainsi que la durée de fonctionnement à chaque niveau de charge.
  2. Un transformateur pour la première phase, avec des réservations de génie civil et des interfaces électriques pour l’extension — Espace au sol, goulottes, barres omnibus des appareillages de commutation et interfaces pour la phase deux. Documenter séparément toute réservation de capacité des réseaux publics et ses conditions.
  3. Deux transformateurs reliés par une barre omnibus ou une barre omnibus sectionnable, de sorte que la phase deux puisse ajouter une deuxième unité. Vérifiez le schéma de fonctionnement, les protections, les pertes, la capacité de prise en charge des défauts disponible et les charges pouvant être alimentées dans chaque état.
  4. Une sous-station préfabriquée en kit regroupant un transformateur, un appareillage de commutation MT et un réseau de distribution BT dans un seul coffret, ce dispositif s'adaptant aux interfaces électriques, de services publics et de génie civil du projet. Il peut s'inscrire dans le cadre d'une construction en une seule phase ou d'un déploiement par étapes. Pour connaître les limites de ce dispositif et son interaction avec le bus CA du chargeur, voir configurations de postes de transformation préfabriqués.

Il n’existe pas de pourcentage universel de capacité de réserve. La marge adéquate dépend du déclencheur spécifique de l’expansion — un contrat de location signé pour la phase deux, un engagement concernant la flotte, une étape de financement — ainsi que du délai de mise en place de l’équipement qu’il faudrait ajouter. Une approche par étapes s’impose lorsque le calendrier de la phase deux est incertain mais que son ampleur est plausible ; une seule unité plus grande s’impose lorsque la mise en service de la deuxième phase serait source de perturbations ou lorsque le délai de mise en place dépasse la période comprise entre la décision et le besoin.

Quatre icônes d'armoires dans la première phase du projet et six dans la deuxième phase.
Le site fictif passe de quatre à six armoires électriques. Vérifiez à nouveau la limite de charge, le service de charge et la capacité du réseau électrique sur chaque phase.

Le traitement général de l'évolution de la charge et du choix des marges pour les installations ne générant pas de revenus est abordé dans dimensionnement des transformateurs en vue de l'agrandissement de l'usine, qui utilise la même logique de cas d'utilisation.

Exemple concret : un plafond contrôlé modifie la liste restreinte des transformateurs

Exemple fictif de conception. Les dimensions des armoires, les plaques signalétiques des transformateurs candidats et les capacités de charge sont des hypothèses valables uniquement pour ce site.

Un site triphasé équilibré. Lors de la première phase, quatre armoires de recharge en courant continu possèdent chacune deux connecteurs partageant un bloc de sortie de 120 kW CC. Dans cet exemple, chaque bloc est spécifié pour une puissance d’entrée allant jusqu’à 132 kVA CA sur l’alimentation indiquée, auxiliaires internes compris. La charge apparente distincte des autres usages est de 50 kVA lorsqu’elle est simultanée en première phase. En deuxième phase, ajoutez deux armoires identiques et retenez 65 kVA de charge simultanée pour les autres usages. Les sommes arithmétiques des puissances apparentes simultanées servent à établir des critères de planification prudents.

Affaire Base Somme arithmétique Lecture
Première phase : écran connecté 4 × 132 kVA d'entrées de chargeurs, plus 50 kVA de charge simultanée sur site 578 kVA 500 kVA échoue à cette épreuve. Un candidat 630 kVA ne réussit que la partie arithmétique.
Première phase : retour à la normale contrôlé (proposition) Capacité d'entrée CA côté véhicule électrique de 350 kVA, plus 50 kVA 400 kVA Un candidat de 500 kVA ne satisfait à cette comparaison arithmétique que si la contrainte applicable est documentée et acceptée.
Première phase, scénario provisoire de dégradation Un mode de perte de communication testé limite la puissance d'entrée du véhicule électrique à 280 kVA, plus 50 kVA 330 kVA Ce mode illustratif concerne les puissances inférieures à 500 kVA ; les cas de panne de compteur, de redémarrage et autres situations requises restent à déterminer.
Deuxième phase : écran connecté 6 × 132 kVA d'entrées de chargeurs, plus 65 kVA de charge simultanée sur site 857 kVA Ni le modèle de 500 kVA, ni celui de 630 kVA ne satisfont à ce critère de charge connectée.
Deuxième phase : même scénario proposé de retour à la normale contrôlée 350 kVA de capacité côté véhicules électriques, plus 65 kVA 415 kVA Vérifier le fonctionnement du service de recharge sur six armoires et réévaluer les contraintes ainsi que les anomalies de fonctionnement.
Sélection finale et publication Choisir en fonction des obligations actuelles et futures reconnues et des analyses du réseau et thermiques La puissance de 500 kVA reste soumise à certaines contraintes acceptées. La puissance de 630 kVA ne satisfait qu'aux critères arithmétiques de la première phase. Vérifier les études relatives aux services publics et à la protection, ainsi que le service de facturation effectif et la solution de secours avant d'approuver l'extension des installations techniques et des travaux de génie civil.

Il est important de lire le tableau dans l’ordre. La première ligne montre pourquoi quatre armoires dotées de huit connecteurs représentent toujours quatre blocs d’alimentation partagés, et le calcul aboutit à 578 kVA — soit une valeur supérieure à 500 kVA et inférieure à 630 kVA. La deuxième ligne montre l’effet du plafond géré proposé : 400 kVA correspond à un candidat de 500 kVA, mais uniquement par rapport à une contrainte côté VE de 350 kVA qui est documentée et acceptée, et non simplement configurée. La troisième ligne présente un mode de perte de communication testé. Les autres cas de dégradation requis restent en suspens.

Les lignes de la deuxième phase risquent d’être négligées. Avec six armoires, la charge raccordée atteint 857 kVA, au-delà de la capacité des modèles présélectionnés. En régime normal avec gestion de la puissance, 415 kVA restent nettement en dessous de 500 kVA sur le plan arithmétique. Cela suppose de maintenir le même plafond de 350 kVA sur six armoires au lieu de quatre. La simultanéité accrue peut réduire la puissance disponible pour certaines sessions de recharge. Examinez avec l’exploitant l’allocation de puissance et l’énergie disponible avant le départ des véhicules.

La somme arithmétique des valeurs de charge apparente coïncidentes constitue un critère de sélection préliminaire. Il ne s'agit pas d'un résultat de mesure agrégé calculé, elle ne tient pas compte du déséquilibre de phase et ne prouve pas l'adéquation thermique. Elle permet simplement d'identifier les candidats qui méritent d'être étudiés plus en détail.

Demandez les informations nécessaires et les validations avant de passer la commande

Avant de passer la commande, attribuez à chaque paramètre de conception un responsable et une base d'acceptation. Intégrez les étapes ultérieures de vérification sur site et de mise sous tension dans le plan d'approvisionnement et de mise en service.

Extrait de la Fournisseur de bornes de recharge pour véhicules électriques, par modèle et par configuration :

  • Puissance d'entrée CA nominale en kVA et courant d'entrée efficace à la tension d'alimentation réelle du site, avec indication de la tension à laquelle chaque valeur a été mesurée.
  • Une description claire de ce que comprend le chiffre indiqué — pertes du redresseur, système de climatisation de l'armoire, commandes, équipements auxiliaires du distributeur — et de ce qui est fourni séparément.
  • Plage de tension d'entrée, tolérance de fréquence, configuration de phase et mise à la terre de la source requise.
  • Comportement en sortie simultanée lorsque plusieurs connecteurs partagent un même bloc d'alimentation.
  • Spectre des courants harmoniques et facteur de puissance sur toute la plage de fonctionnement prévue, et pas uniquement à la puissance nominale.
  • Comportement de déclassement ou de réduction de la puissance de sortie en cas de température ambiante élevée et de faible tension d'entrée.

Extrait de la fournisseur de contrôle: le point de mesure et les unités, si la limite est globale ou par phase, le temps de réponse configuré, la valeur par défaut en cas de dégradation pour chaque voie de communication, le comportement en démarrage à froid et en reprise, la politique de dérogation manuelle, la marge d'extension et une procédure de test en présence d'un témoin.

Extrait de la utilité, la capacité de service disponible, qu’il s’agisse d’une indication préliminaire ou d’une réservation ferme, les exigences en matière de comptage et de protection des services publics, ainsi que la procédure de demande et la séquence de mise sous tension applicables. Vérifier la conformité aux normes, l’obtention des permis et l’acceptation des inspections auprès de la autorité compétente, le cas échéant. Les exigences varient selon le fournisseur d'énergie et la juridiction.

Extrait de la concepteur en électricité: le schéma unifilaire, le programme de charge, la répartition par phase, la coordination des protections, le dimensionnement des lignes de distribution et la chute de tension, la conception du système de mise à la terre, l'étude des courts-circuits, ainsi que les bases thermiques du transformateur en fonction des conditions ambiantes du site.

Extrait de la opérateur: les schémas d'arrivée et de séjour, l'énergie nécessaire au départ, la tolérance à une vitesse de recharge réduite lorsque le dispositif de verrouillage s'enclenche, et le déclencheur d'expansion qui lancera la phase deux.

Avant la validation de la commande, geler le dossier électrique, préciser la conception des systèmes de contrôle acceptée ainsi que les exigences de secours, et identifier les études requises concernant les lignes d'alimentation et le réseau public. Avant de considérer le système comme opérationnel, obtenir les résultats de mise en service certifiés pour les cas normaux et dégradés applicables. Consigner l'examen du fonctionnement et le déclencheur de validation avant de passer à la phase deux.

Si le projet en est au stade de la définition des interfaces avec le site et des exigences spécifiques à chaque secteur, le Présentation générale des applications dédiées aux infrastructures et aux équipements publics fournit des informations utiles sur la manière dont s'articulent la recharge, les bâtiments et les raccordements aux réseaux publics.

FAQ

Puis-je déterminer la puissance du transformateur en me basant uniquement sur la puissance nominale en kW du connecteur ?

Non. La puissance en kW indiquée pour un connecteur correspond à la puissance en courant continu (CC) à l’entrée du véhicule, en aval des pertes de conversion et des équipements auxiliaires ; la puissance nominale d’un connecteur ne reflète pas la puissance apparente en courant alternatif (CA) à l’entrée ni la manière dont la puissance de sortie est répartie. Deux sessions utilisant un bloc d’alimentation partagé puisent dans la même capacité du bloc. Partez de la puissance d’entrée CA en kVA et du courant indiqués par le fournisseur à la tension d’alimentation réelle, comptez les armoires ou blocs alimentés indépendamment, puis ajoutez les charges du site alimentées séparément. N’utilisez la puissance en kW CC que pour vérifier si la puissance d’entrée indiquée est physiquement plausible.

Un système de gestion de la charge me permet-il d'installer un transformateur de plus petite puissance ?

C'est possible, mais uniquement dans le cadre d'une contrainte qui a été documentée et acceptée pour les états normaux et dégradés de la conception. La différence entre une politique d'allocation commerciale et une limite d'entrée contraignante est déterminante : la première détermine qui se recharge rapidement, tandis que la seconde limite le courant en un point de mesure précis. Avant de valider toute réduction, exigez de connaître le lieu et les unités de mesure, s’il s’agit d’une base par phase ou globale, le temps de réponse, le scénario de dégradation par défaut en cas de perte de communication avec le contrôleur, le compteur, le réseau et le chargeur, ainsi qu’un essai certifié pour chaque cas. Basez chaque cas de conception sur la limite qui a été justifiée pour celui-ci.

Dois-je acheter dès maintenant un transformateur plus puissant ou augmenter la capacité progressivement ?

Comparez d’abord les régimes retenus avant et après extension : charge raccordée, service normal avec gestion de la puissance et chaque mode dégradé aux deux phases. Comparez ensuite la capacité du raccordement au réseau, le jeu de barres du tableau, le courant admissible des câbles, l’espace nécessaire et les délais de fourniture. Si la date d’extension est incertaine, comparez le coût réel et le régime de service d’un équipement de première phase doté d’interfaces réservées à ceux d’une installation initiale plus importante. Tenez compte du calendrier des coupures et du délai de fourniture pour l’option par étapes. Vérifiez la capacité auprès du gestionnaire de réseau. Aucun pourcentage standard de réserve de puissance ne se substitue à cette comparaison.

Quelle valeur d'harmoniques dois-je utiliser pour le déclassement d'un transformateur ?

Utilisez le spectre réel des courants harmoniques de l’équipement sur toute la plage de fonctionnement dans laquelle le site sera effectivement exploité, et étudiez la manière dont les harmoniques se combinent entre les équipements en service et les charges du site. Évaluez la charge thermique du transformateur et les exigences de qualité de l’énergie du réseau électrique à la limite applicable. Une simple valeur de THD indiquée à la puissance nominale ne rend pas compte d’un site fonctionnant la plupart du temps à charge partielle, et les caractéristiques techniques publiées s’appliquent à ce produit dans les conditions déclarées. Il n’existe pas de facteur de déclassement universel ; lorsque la distorsion est significative par rapport à la charge, un transformateur de conception spéciale ou une unité standard déclassée constitue une solution issue d’une étude plutôt qu’une valeur par défaut.

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À propos de l'auteur

Andy Huang est ingénieur senior et co-associé chez SUBIA Power et Subian Electric. Il rédige des articles sur les transformateurs, les sous-stations compactes et les appareillages de commutation moyenne et basse tension, en mettant l’accent sur les choix techniques liés à la définition des spécifications et à l’achat d’équipements de distribution d’énergie. Ses articles expliquent comment la tension, la capacité, l’impédance, le groupe vectoriel, le refroidissement et les conditions du site influencent le choix des équipements. Il aborde également les interfaces de protection, les essais de réception en usine, les rapports d’essais de routine, ainsi que les informations que les acheteurs doivent vérifier avant de passer commande. Ses guides techniques traitent des installations industrielles, des projets d’énergies renouvelables, du stockage d’énergie par batterie, de la recharge des véhicules électriques et des centres de données. Ils aident ainsi les ingénieurs, les entrepreneurs et les équipes d’approvisionnement à comparer les offres, à clarifier les exigences des projets et à poser aux fabricants des questions plus pertinentes.