Şarj İstasyonu Elektrik Altyapısı: Filo ve Otobüs Depoları İçin Trafo, Pano ve Bara Rehberi

Şarj istasyonu elektrik altyapısı; şebeke bağlantısı ve trafodan başlayıp ana AG dağıtım panosu, alt panolar, kablo veya kanal bara ile dağıtım, koruma cihazları ve yük yönetiminden geçerek şarj ünitesinin konnektörüne kadar uzanan enerji zinciridir. Filo depolarında bu zincir, onlarca aracın gece boyunca aynı anda şarj olabileceği varsayımıyla boyutlandırılır. Filo elektrifikasyonunda asıl darboğaz çoğu zaman şarj cihazı değil, onu besleyen elektrik altyapısıdır. Şarj ünitesini seçmek görece kolaydır; trafo, pano ve dağıtım kararları ise projenin takvimini ve büyüme payını belirler.

Bu zincirin pano tarafında, ana ve alt panolarda kullanılan bakır baralar pano üreticisinin atölyesinde bir bara makinesi ile kesilip delinir ve bükülür. Bu yazı, depo şarjının elektrik tarafındaki kararları şebekeden konnektöre kadar sırasıyla ele alır; konunun genel çerçevesi için bara sistemleri rehberimize de göz atabilirsiniz.

Okumak yerine dinlemeyi tercih ediyorsanız, makalenin devamını aşağıdaki ses kaydından dinleyebilirsiniz.

Şarj İstasyonu Elektrik Altyapısı Nedir, Filo Deposunda Neden Farklıdır?

Bir filo deposunda enerji şu sırayla akar:

1. Şebeke bağlantısı: Dağıtım şirketiyle (EDAŞ) belirlenen anlaşma gücü ve AG ya da OG bağlantı.
2. Trafo: Şebeke gerilimini tesisin işletme gerilimine indirir.
3. Ana AG dağıtım panosu: Şarj yüklerini toplar, besler ve korur.
4. Alt dağıtım panoları ve kanal bara: Enerjiyi şarj sıralarına taşır.
5. Şarj ünitesi ve konnektör: AC şarjda (Mod 3) aracın kendi şarj cihazını, DC şarjda (Mod 4) doğrudan bataryayı besler.

Şarj modları IEC 61851’de, CCS2 ve Tip 2 gibi konnektörler ise IEC 62196’da tanımlanır. Otobüs depolarında enerji, kablolu bir konnektörle ya da aracın üstüne inen bir pantografla aktarılabilir.

Halka açık bir istasyonda araçlar gün içine dağılmış hâlde, farklı saatlerde gelir. Filo deposunda ise otobüsler ve kamyonlar seferlerini bitirince aşağı yukarı aynı saatlerde döner. Gece boyunca uzun süre ve aynı anda şarj olurlar. Bu yük profili, altyapının ortalama yüke göre değil, eşzamanlı tepe yüke göre tasarlanmasını gerektirir.

Depolarda iki şarj yaklaşımı birlikte görülür. AC depo şarjı daha düşük güçte ve uzun sürede çalışır. DC hızlı şarj ise yüksek güçte ve kısa sürede enerji aktarır, ama şebekeden çok daha büyük bir anlık güç ister. Bu tepe gücün bir kısmını sahadaki güneş paneli ve bataryayla karşılayan depolar, kendi üretimini ve tüketimini yöneten küçük bir şebeke gibi çalışır; bu yaklaşımı anlamak için mikro şebeke tasarım ilkelerine göz atabilirsiniz.

Şebeke Bağlantısı ve Trafo: İlk Karar

Depo şarj altyapısında ilk adım, mevcut anlaşma gücünü ve trafo kapasitesini denetlemektir. Şarj istasyonu kurulacak alanda trafo gücü ve şebeke bağlantısı gözden geçirilmeli, gerekirse güç artırımı veya yeni trafo için projelendirme yapılmalıdır. Şarj istasyonu için trafo gerekir mi sorusunun cevabı, bu denetimin sonucuna bağlıdır.

Denetim sonunda genellikle üç yoldan biri seçilir:

• Güç artırımı: Mevcut trafo yeterliyse anlaşma gücü yükseltilir.
• Yeni trafo: Mevcut trafo yeni yükü kaldıramıyorsa şarj yükleri için ayrı bir trafo kurulur.
• OG bağlantıya geçiş: Bazı durumlarda AG’den OG şebeke bağlantısına geçmek gerekebilir.

OG bağlantıya geçildiğinde OG hücreleri ve bunların bara düzeni de projenin bir parçası olur. Şarj istasyonu trafo ihtiyacı en çok DC şarjda belirginleşir. DC şarj gücü 30 kW’tan 350 kW’a kadar çıkabilir ve yüksek güçlü DC istasyonlar için ayrı trafo gerekebilir. Şebeke kısıtları, depo şarj altyapısının başlıca zorlukları arasındadır.

Enerji depolama sistemi (ESS) bu kısıtı hafifletmenin yollarından biridir. Depolama, düşük talep saatlerinde şebekeden enerji alır ve tepe anlarında araçlara destek verir; böylece şebekeden çekilen güç dengelenir. EPDK’nın yeni düzenlemesiyle şarj istasyonlarına bütünleşik elektrik depolama tesisleri, istasyonun anlaşma gücünden daha yüksek araç şarj gücünde kurulabiliyor. Önceki uygulamada depolama tesisinin kurulu gücü anlaşma gücüyle sınırlıydı. Bu düzenleme şebeke kapasite sınırını ortadan kaldırmaz: İstasyonun şebekeden çektiği güç yine anlaşma gücünü aşmamalı ve bunu denetleyen otomatik bir güç kontrolü kurulmalıdır. Düzenlemenin depo projenize nasıl uygulanacağını proje aşamasında EDAŞ ile teyit edin. Bu sistemlerin yapısı için batarya enerji depolama sistemleri yazımıza bakabilirsiniz.

Eşzamanlılık Katsayısı ve Yük Yönetimi: Altyapıyı Ne Büyüklükte Kurmalı?

Depo altyapısının boyutunu belirleyen en önemli kural, IEC 60364-7-722:2018’in 722.311 maddesindedir. Normal kullanımda her bağlantı noktasının nominal akımında ya da yapılandırılmış azami şarj akımında kullanıldığı kabul edilir. Tüm bağlantı noktaları aynı anda kullanılabileceği için yük kontrolü yoksa dağıtım devresinin eşzamanlılık katsayısı 1 alınır.

Şarj istasyonu eşzamanlılık katsayısı bu yüzden genel tesislerdeki alışkanlıklarla seçilmez. Yük yönetimi olmayan bir depoda trafo, ana pano ve dağıtım hattı, tüm şarj noktalarının toplam gücüne göre boyutlandırılır.

Yük yönetim sistemi (LMS) bu tabloyu değiştirir. Statik yük yönetimi, şarj noktalarına toplamda aşılmayacak sabit bir güç sınırı koyar. Dinamik yük yönetimi ise tesisin anlık yüküne bakarak kullanılabilir gücü şarj noktaları arasında sürekli yeniden paylaştırır. Şarj üniteleriyle haberleşme genellikle OCPP protokolü üzerinden yapılır.

Aşağıdaki örnek, 7 adet 22 kW şarj noktasından oluşan bir kurulumu (7 × 22 kW = 154 kW) üç senaryoda karşılaştırır. Abonelik gücü sütunu, tesisin şarj dışındaki yüklerini de içerir; bu nedenle şarj gücünün toplamından büyüktür.

Tablo, yük yönetiminin altyapıyı nasıl küçülttüğünü açıkça gösterir. Yönetimsiz kurulumda kanal bara 250 A, abonelik 250 kVA olur. Yük yönetimiyle abonelik 170 kVA’ya, kanal bara akımı da 100 A veya 160 A’ya iner. Dinamik yönetim, aynı abonelikte daha fazla aracı tam güçte şarj edebilir; bu nedenle birden fazla şarj ünitesinin kurulu olduğu depolarda daha verimli bir seçenektir. Kanal bara ve pano baraları da bu akım değerlerine göre seçilir; kesit seçimi için bakır bara akım taşıma kapasitesi yazımıza göz atabilirsiniz.

Ana AG Dağıtım Panosu ve Alt Panolar

Trafo kararından sonra sıra, şarj yüklerinin hangi panodan besleneceğine gelir. Burada temel soru, mevcut tesise ekleme yapmak mı yoksa yeni bir ana AG panosu kurmak mı olduğudur.

EV yükü mevcut yüke eşit veya ondan büyükse, tüm EV yüklerini toplayan yeni bir ana AG panosu tercih edilebilir. Böylece şarj yükleri tesisin diğer tüketicilerinden ayrılır, ölçme ve koruma daha düzenli kurulur. EV yükü küçükse, mevcut ana panodan ayrılan bir besleme de değerlendirilebilir.

Aynı alanda çok sayıda şarj ünitesi varsa, bu ünitelerin yakınına alt AG panoları kurulabilir. Alt panolar, ana panodan şarj noktalarına giden kablo boylarını kısaltır. Kablo kesitleri gerilim düşümü hesaba katılarak seçilmelidir. Bir şarj istasyonu panosu, genellikle bir şarj sırasının ya da bir park bölgesinin koruma ve dağıtım merkezidir. Dış mekândaki alt panolar ve şarj üniteleri için en az IP54 koruma sınıfı öngörülür.

Alt pano sayısı arttıkça montaj işçiliği de büyür. Her panoda DIN ray, kablo kanalı ve klemens gibi pano malzemeleri ölçüye göre kesilip yerleştirilir; bu işlerin hızı, çok panolu depo projelerinde teslim süresini doğrudan etkiler.

Selektivite bu yapıda özellikle önemlidir. Bir şarj noktasındaki arıza yalnızca o noktanın koruma cihazını açtırmalı, alt panoyu veya ana panoyu devre dışı bırakmamalıdır. Bu kural hem aşırı akım koruması hem de kaçak akım koruması için geçerlidir. Aşırı akım koruma cihazlarının seçimi, tesisin genel koruma planıyla birlikte yapılır. Panodaki ana bara da aynı planın parçasıdır ve trafonun besleyebileceği kısa devre akımına dayanacak şekilde seçilir; bu konuyu bara kısa devre dayanımı yazımızda ayrıntılı ele aldık.

Şarj Sıralarına Güç Dağıtımı: Kablo, Bara ve Kanal Bara

Elektrikli araca enerji aktarımı için her bağlantı noktasına özel, ayrı bir devre sağlanır. Bu şart, dağıtım yöntemi ne olursa olsun geçerlidir; değişen yalnızca bu devrelerin alt panodan şarj noktasına nasıl taşındığıdır.

Az sayıda ve dağınık yerleşimli ünitede, alt panodan her üniteye ayrı kablo çekmek yeterli olabilir. Açık alandaki şarj sıralarında bu kablolar çoğunlukla yer altından taşınır. Bara ile güç dağıtımı ise yüksek akımın kısa yoldan çok sayıda yüke paylaştırılması gereken yerlerde öne çıkar.

Uzun şarj sıralarında kanal bara, sıra boyunca uzanan ortak bir besleme hattı gibi çalışır. Her şarj ünitesi, kanal bara üzerindeki bir çıkış (tap-off) kutusuyla bağlanır ve kendi koruma cihazını bu kutuda bulur. Kanal bara sistemleri, kurulumun ileride büyütülmesini kolaylaştırmak için özellikle uygundur. Aynı alanda çok sayıda şarj ünitesi varsa kanal bara esnek, uygun maliyetli ve geleceğe hazır bir çözüm sunar. Yeni bir şarj noktası eklemek için çoğu zaman yalnızca yeni bir çıkış kutusu takmak yeterlidir.

Filo şarj altyapısında hangi yöntemin seçileceği; ünite sayısına, dizilime ve büyüme beklentisine bağlıdır. Londra’daki Walworth deposunda çözümün bir parçası esnek bir bara sistemiydi.

Depo şarj projeleri büyüdükçe, ana AG panoları ve kanal bara çıkışları için bakır bara imalatı pano üreticisinin iş yükünde önemli bir kalem hâline gelir. Bu baraların kesme, delme ve bükme işlemleri tek bir bara işleme makinesi üzerinde yapılabilir.

Bu yük profilinin bir özelliği de gece boyu süren kesintisiz akımdır. Kanal bara ve baraların uzun süre yüksek akımda çalışması, ısınma değerlendirmesinde mutlaka dikkate alınmalıdır. Eşzamanlılık katsayısı 1 alındığında, bara ve kanal bara akım değeri de tüm şarj noktalarının toplam akımına göre seçilir. Kanal baranın yapısı ve seçim ölçütleri için busbar kanal sistemi yazımıza bakabilirsiniz.

Koruma ve Topraklama: Kaçak Akım, Aşırı Gerilim ve DC Hata Akımı

Şarj devrelerinin korunmasında ilk kural basittir: Her AC bağlantı noktası, anma kaçak akımı 30 mA’i aşmayan kendi kaçak akım rölesiyle ayrı ayrı korunur. Birden fazla şarj noktasının tek bir röleyi paylaşması kabul edilmez.

Şarj istasyonu kaçak akım rölesi tipi, DC hata akımı nedeniyle ayrıca önem taşır. IEC 62196 konnektörlü istasyonlarda DC hata akımına karşı iki çözümden biri kullanılır:

• Tip B kaçak akım rölesi
• Tip A veya Tip F röle ile IEC 62955’e uygun 6 mA DC algılama cihazı (RDC-DD)

Tip F ve Tip B röleler IEC 62423 kapsamında tanımlanır.

DC hata akımı, yukarı akıştaki rölelerin algılama yeteneğini bozabilir; bu duruma körleşme denir. Bu nedenle Tip AC röleler hiçbir şarj istasyonunun yukarı akışına konmaz. Tip A veya F röleler ise yalnızca Tip A/F + 6 mA RDC-DD ile korunan en fazla bir istasyonun yukarı akışına konabilir. Alt pano girişindeki röleler bu kurala göre seçilmelidir.

Aşırı gerilime karşı halka açık erişimli yerlerdeki şarj ekipmanı, IEC 61643-11’e uygun Tip 1 veya Tip 2 parafudr (SPD) ile korunur; koruma seviyesi Up ≤ 2,5 kV olmalıdır. Bu şart standartta halka açık yerler için zorunludur. Kapalı bir filo deposunda ise parafudr kullanımı, risk değerlendirmesine göre önerilir.

DC şarjda (Mod 4) koruma yöntemi olarak elektriksel ayırma seçilirse, ayırma IEC 61558-2-4’e uygun bir izolasyon trafosuyla sağlanır ve ayrılmış devrenin gerilimi 500 V’u aşmaz.

TN sistemde bağlantı noktasını besleyen devre PEN iletkeni içermez. Şarj alanındaki metal gövdeler ve kanal bara muhafazaları, eş potansiyel bağlantılarla tesisin topraklama sistemine bağlanır. Panoda bu bağlantıların toplandığı nokta olan topraklama barası, şarj devrelerinin koruma iletkenlerini tek bir noktada birleştirir.

Enerji Kalitesi: DC Şarj Ünitelerinin Şebekeye Etkisi

DC şarj üniteleri, AC şebeke gerilimini güç elektroniğiyle doğru akıma çevirir. EMO İzmir Şubesi’nin komisyon raporuna göre bu güç elektroniği şebekeye 5., 7., 11. ve 13. dereceden harmonikler basar. Bu durum iletkenlerde aşırı ısınmaya, kondansatör gruplarında hasara ve koruma rölelerinde hatalı açmalara yol açabilir.

Bu etki doğrudan bir altyapı kararıdır. Harmonikler için aktif güç faktörü düzeltme (PFC) kullanılmalıdır. Trafo ve dağıtım hattı boyutlandırılırken harmonik yük de hesaba katılmalıdır. Aktif harmonik filtre kullanılacaksa, filtre için ana AG panosunda baştan yer ayrılması gerekir.

Aynı rapor iki öneride de bulunur. Birincisi, dinamik yük yönetiminin zorunlu hâle getirilmesidir. İkincisi, 22 kW ve üzeri ünitelerde aktif harmonik filtre şartı aranmasıdır. Bunlar yürürlükteki kurallar değil, bir meslek kuruluşunun önerileridir. Yine de büyük bir depo projesinde tasarım girdisi olarak dikkate alınmaları yararlıdır. Filtre ve güç faktörü düzeltme kararını proje başında vermek, ileride panoda yer açmak zorunda kalmaktan çok daha kolaydır.

Harmonik akımların neden olduğu ek ısınma baraları da etkiler ve ayrıca değerlendirilmelidir; bu konuyu harmoniklerin baralara etkisi yazımızda ayrıntılı ele aldık.

Otobüs ve Kamyon Depolarından İki Örnek

ATM Milano, San Donato garajı (ABB, basın bülteni 19.01.2022): Garajda kurulan şarj ünitelerinin her biri aynı anda iki otobüsü şarj edebiliyor. Pilot garaj projesi üç ayda tamamlandı. Kapsam, alçak ve orta gerilim panolarına sahip elektrik altyapısının planlanmasını ve kurulmasını içeriyor. Şarj sistemi ATM’nin trafo merkezine bağlandı ve pakete 324 kWh’lik bir enerji depolama sistemi eklendi. Otobüslerin gece şarj edilmesi planlanıyor. Bu garaj, şehirde planlanan dört elektrikli garajın ilki.

Walworth deposu, Londra (Siemens): Projede 34 otobüsün aynı anda şarj edilmesi hedeflendi. Çözüm yeni bir trafo merkezi ve güç dağıtım şalt sistemi içeriyor.

İki projenin ortak dersi açık: Elektrikli otobüs garajı şarj altyapısı, trafo merkezi, OG ve AG panolar ve dağıtımla birlikte tek bir paket olarak planlanıyor. Bir elektrikli otobüs şarj istasyonu, bu paketin yalnızca görünen ucudur.

İkinci ders büyüme mantığıdır. Depolar birkaç şarj cihazıyla başlayıp işletme büyüdükçe aşamalı olarak elektriklendirilebilir. Bunun için ilk aşamada trafo, pano ve dağıtım hattında büyüme payı bırakılmalıdır. Aynı mantık, kamyon ve lojistik filolarının depolarına da uygulanabilir. Bu filolarda da araçlar vardiya sonunda aynı saatlerde döner ve uzun süre bekler. Bu yüzden eşzamanlılık, yük yönetimi ve büyüme payı soruları otobüs depolarındakiyle aynı biçimde sorulur. Büyüme payını trafo merkezi tarafında planlarken trafo merkezi bara sistemleri yazımız da yol gösterici olabilir.

Türkiye’de Şarj İstasyonu Elektrik Altyapısı İçin Proje, İzin ve Muayene

Türkiye’de bir filo deposunun şarj altyapısı, genel elektrik tesisi kurallarının yanında şarja özgü adımlar da içerir. Bu adımların çoğu, trafo ve pano kararlarıyla aynı anda yürütülmelidir; izin süreci tamamlanmadan yapılan bir altyapı yatırımı, proje takvimini geciktirebilir. Şarj istasyonu kurulum şartları şöyle özetlenebilir:

• Proje: Montaj, yetkili bir elektrik mühendisinin hazırladığı EMO onaylı projeyle ve sertifikalı elektrikçilerce yapılmalıdır.
• İzinler: Kurulumdan önce belediye, EDAŞ ve gerekiyorsa EPDK gibi kurumlardan izin alınmalıdır.
• Mevzuat: Şarj Hizmeti Yönetmeliği, 2/4/2022 tarihli ve 31797 sayılı Resmî Gazete’de yayımlanmıştır. Üçüncü kişilere şarj hizmeti sunuluyorsa yönetmelik hükümleri devreye girer; filonun yalnızca kendi araçlarını şarj ettiği bir depo için durum proje aşamasında teyit edilmelidir.
• Periyodik muayene: İzolasyon direnci, topraklama direnci ve kaçak akım testleri düzenli olarak yapılmalıdır.

Bu adımlar, şarj istasyonu elektrik altyapısı devreye alınmadan önce planlanmalı ve işletme boyunca sürdürülmelidir. Periyodik testlerin sonuçlarını kayıt altına almak, depo büyüdükçe yapılacak ek projelerde de başlangıç verisi sağlar. Gece boyu yüksek akım taşıyan bara ve kablo bağlantılarını muayenede termal kamerayla kontrol etmek, gevşek veya kötü hazırlanmış bağlantıları arıza çıkmadan gösterir; doğru bağlantı için bara temas yüzeyi hazırlığı yazımıza göz atabilirsiniz.

Sonuç

Filo deposunda şarjın başarısı, şarj ünitesinden çok onu besleyen zincire bağlıdır. Bu zincir; trafo, ana AG panosu, alt panolar, kablo veya kanal bara ve koruma cihazlarından oluşur. Altyapı, eşzamanlılık katsayısı ve büyüme planıyla birlikte boyutlandırılır. Yük yönetimi yoksa tüm noktaların aynı anda tam güçte çalışacağı varsayılır. Atacağınız ilk adım, mevcut trafo kapasitesini, anlaşma gücünü ve ana panoyu denetlemektir; diğer tüm kararlar bu denetimin sonucuna göre şekillenir. Zincirin pano tarafındaki temel tasarım kuralları için elektrik panolarında bara kullanımı yazımızı da okuyabilirsiniz.

Sıkça Sorulan Sorular