Dobór przekroju kabli lub przewodów zasilających stację ładowania to wraz z doborem zabezpieczeń jeden z kluczowych tematów w projektowaniu instalacji EV. W kontekście stacji pracujących w układzie trójfazowym (czyli większości stacji AC 11 kW i 22 kW oraz wszystkich stacji DC) dobór odpowiedniego przekroju ma zasadniczy wpływ na bezpieczeństwo instalacji i straty mocy na linii zasilającej. To także realny koszt, który rośnie wraz z długością trasy kablowej i zastosowanym materiałem.

W tym artykule skupimy się na:

• doborze przekroju kabli i przewodów dla instalacji trójfazowych (3×400 V),
• dopuszczalnych spadkach napięć i ich wpływie na ładowanie,
• różnicach między przewodami miedzianymi i aluminiowymi,
• przykładach obliczeniowych i podejściu praktycznym.

Od czego zależy dobór przekroju?

Parametry, które należy uwzględnić przy doborze przewodu w układzie trójfazowym:

• moc ładowarki (prąd roboczy na każdej fazie);
• napięcie znamionowe (zwykle 400 V);
• długość trasy kablowej;
• dopuszczalny spadek napięcia (zależnie od zakwalifikowania między instalację czy sieć – typowo cała linia powinna mieć spadek napięcia nie większy niż 5% przy czym odcinek końcowy max 3%);
• rezystancja przewodu (zależna od materiału i przekroju);
• sposób ułożenia i chłodzenia przewodu (wpływ na dopuszczalne obciążenie prądowe);
• warunki eksploatacyjne (temperatura, zgrupowanie, sposób prowadzenia).

Przykład obliczeniowy – punkt ładowania 11kW, 3 fazy, 25m kabla

Zacznijmy od podstaw:

• Moc: 11 000 W
• Napięcie: 400 V

Obliczenie prądu: I = 11 000 / (√3 × 400*1) ≈ 15,9 A

Na podstawie tabli obciążalności dopuszczalnej długotrwałej dobiera się najmniejszy dopuszczalny przekrój kabla – YKY 5×2,5 który po uwzględnieniu sposobu ułożenia ma Idd > niż 16A

Przy określeniu obciążalności dopuszczalnej długotrwałej (Idd) niezbędne jest uwzględnienie współczynników korygujących, które zależą od sposobu ułożenia. Przykładowo kabel ułożony w rurze w ziemi gorzej odprowadza ciepło niż kabel bezpośrednio w ziemi, przez co jego obciążalność dopuszczalna długotrwała w tych warunkach będzie gorsza.

Przyjmując długość trasy = 25m oraz przewodność miedzi 58 dla przewodu Cu 2,5 mm²:

Spadek napięcia: ΔU=3*15,9*25*1*10058*2,5*400

Spadek procentowy po podstawieniu danych 1,19 %.

Wniosek: przekrój 2,5 mm² spełnia wymagania normatywne, oczywiście przy dłuższych trasach lub konieczne będzie zwiększenie przekroju do 4 mm², co z kolei korzystnie obniża straty cieplne i poprawi bilans energetyczny.

Wyliczenia – punkt ładowania 22kW, 3 fazy, 80m trasy

Obliczenie prądu: I = 22 000 / (√3 × 400*1) ≈ 32 A

Długość kabla: 80m

Dobiera się przekrój z tabeli Idd – 6mm²

Spadek napięcia: ΔU=3*32*80*1*10058*6*400=3,19%

Tu jesteśmy powyżej granicy normatywnej więc w tym przypadku lepszym wyborem będzie przekrój 10 mm².Pozwoli to zmniejszyć spadek napięcia i da mniejsze straty mocy na przewodach.

Mając wstępnie dobrany typ i przekrój kabla dobiera się zabezpieczenie zwarciowe i przeciążeniowe. Jeśli z obliczeń wynika, że nie da się prawidłowo zabezpieczyć kabla niezbędne jest zwiększenie przekroju i wykonanie obliczeń od początku.

A co ze stacjami DC i kablami aluminiowymi?

W przypadku stacji DC o mocach 50 kW, 100 kW lub więcej, standardowe podejście do przekroju na bazie 3% spadku napięcia przestaje być wystarczające. Ze względu na bardzo wysokie prądy (rzędu 80–150 A, a czasem więcej), zastosowanie przewodów miedzianych może być nieopłacalne.

W takich przypadkach coraz częściej stosuje się przewody aluminiowe, ale trzeba pamiętać o kilku różnicach:

• rezystywność aluminium jest ok. 1,6 raza wyższa niż miedzi, więc dla tego samego prądu potrzebny jest większy przekrój (rezystywnośc miedzi to 58 natomiast rezystywność aluminium to jedynie 38,2;
• wymaga to odpowiedniego doboru złącz, końcówek, a także uważnego wykonania połączeń, aby uniknąć utleniania i pogorszenia styku;
• przewody aluminiowe nie są dopuszczalne dla przekrojów < 16 mm², szczególnie w instalacjach końcowych;
• wymagana jest bardziej zaawansowana metodologia liczenia spadków napięć;
• w przypadku stacji DC o cieżkim roztruchu dodatkowo producenci zalecają stosowanie selektywnych zabezpieczeń o charakterystyce C lub D.

Normy i zalecenia

Zgodnie z normą PN-HD 60364-5-52:

• spadek napięcia w obwodach końcowych nie powinien przekraczać 3%,
• dla stacji DC projektuje się najczęściej osobne układy zasilania
• zawsze należy uwzględnić warunki grupowania przewodów i sposobu ułożenia i korekty obciążalności dla danego układu ułożenia.

Dodatkowo, norma PN-HD 60364-7-722 nakłada obowiązek zastosowania zabezpieczeń różnicowoprądowych typu B lub typu A z wykrywaniem DC oraz przewiduje dedykowany obwód dla każdej stacji.

Wnioski praktyczne

Przy zasilaniu stacji „mocy normalnej” – 11–22 kW (AC) typowo w wyniku obliczeń otrzymuje się następujące przekroje kabli:

w przypadku odcinków dłuższych lub braku technicznej możliwości zapewnienia selektywności niezbędne jest zastosowanie większych przekrojów kabla.

Przy stacjach DC również przekrój kabli zależy od prądu i długości – tutaj często wchodzimy w zakres 25–70 mm², a materiał (miedź czy aluminium) dobiera się indywidualnie analizując aspekty ekonomiczne oraz techniczne możliwości wykonania

Wybór przekroju to nie tylko matematyka, ale też realne warunki montażu, chłodzenia, liczby kabli w trasie, warunków otoczenia i przyszłej rozbudowy.

Nie warto oszczędzać na kablu, bo w skrajnych przypadkach spadki napięcia i grzanie przewodu w wieloletniej perspektywie mogą wygenerować większe koszty niż kilkaset złotych różnicy w cenie materiału.

W Greenkick projektujemy i optymalizujemy trasy zasilające stacje ładowania – zarówno dla instalacji prywatnych (AC), jak i komercyjnych (DC). Dobór przekroju to dla nas zawsze wynik obliczeń, nie przyzwyczajeń. Potrzebujesz wsparcia w obliczeniach lub weryfikacji projektu? Daj znać – chętnie pomożemy.