A medida que se acelera la transición global hacia la movilidad eléctrica, el enfoque se desplaza de los cargadores domésticos individuales a la infraestructura de carga de vehículos eléctricos comercial a gran escala. Implementar cargadores para flotas, estacionamientos públicos y centros comerciales es mucho más complejo que una simple instalación residencial. Estos entornos exigen un sistema eléctrico que no solo sea potente, sino excepcionalmente seguro, confiable e inteligente.
Los desafíos son significativos: cargas continuas de alta corriente que funcionan durante horas, potencial de distorsión armónica, exposición a duras condiciones exteriores y, lo que es más crítico, un requisito inflexible de seguridad pública y del operador. Un enfoque fragmentado de la protección es una receta para el tiempo de inactividad, la falla del equipo y los riesgos de seguridad inaceptables.
En VIOX, abogamos por una arquitectura de protección sistemática y multicapa. Este enfoque garantiza que cada punto de la cadena eléctrica, desde la conexión a la red hasta el puerto de carga individual, esté fortificado con el dispositivo de protección correcto. Esta guía detalla nuestra estrategia de cinco capas, integrando Interruptores Automáticos de Potencia (ACB), Disyuntores de caja moldeada (MCCB), e Interruptores Diferenciales con protección contra sobrecorriente (RCBO) para construir un ecosistema de carga de vehículos eléctricos verdaderamente robusto.
Capa 1: La conexión a la red (alimentador de entrada principal)
La base de cualquier estación de carga comercial es el alimentador de entrada principal, típicamente en el lado de baja tensión de un transformador dedicado. Este es el único punto de suministro para todo el sitio, manejando corrientes sustanciales desde 400A hasta más de 2000A. Proteger este punto de entrada crítico es innegociable.
Componente central: Interruptor automático de potencia (ACB)
La función del interruptor automático principal es proporcionar protección primaria contra sobrecorriente e interrupción de fallas de alto nivel para toda la instalación. Para esta tarea, el interruptor automático de potencia (ACB) es el estándar de la industria. Su función principal es desconectar de forma segura toda la estación en caso de un cortocircuito importante o una sobrecarga sostenida, evitando fallas catastróficas y protegiendo la red eléctrica.
Los ACB se especifican por su alta corriente nominal (In) y, crucialmente, su capacidad de ruptura final (Icu), que para la infraestructura de vehículos eléctricos a gran escala debe estar en el rango de 65kA a 100kA para manejar la posible corriente de cortocircuito del transformador de suministro.
Información de VIOX: Por qué los ACB de tipo extraíble son esenciales para las estaciones de carga
Para una operación comercial donde el tiempo de actividad está directamente relacionado con los ingresos, el mantenimiento puede ser un desafío importante. Aquí es donde la elección entre un ACB fijo y uno extraíble se vuelve crítica. Mientras que un ACB fijo está atornillado directamente a las barras colectoras, un ACB extraíble está montado en un chasis deslizante.
Este diseño permite a un operador extraer, inspeccionar, probar o reemplazar de forma segura todo el interruptor sin desenergizar el panel principal. En una plaza de carga 24/7, esto significa que un ACB defectuoso se puede cambiar en minutos, no en horas, lo que mejora drásticamente la disponibilidad del sistema. Para obtener más detalles sobre esto, consulte nuestra guía completa sobre ACB de tipo fijo vs. ACB de tipo extraíble.
| Característica | ACB de tipo fijo | ACB de tipo extraíble | Recomendación de VIOX para estaciones de vehículos eléctricos |
|---|---|---|---|
| Mantenimiento | Requiere el cierre completo del panel. | Se puede reemplazar mientras el panel está energizado. | Tipo extraíble |
| Tiempo de inactividad | Alto (horas). | Mínimo (minutos). | Tipo extraíble |
| Costo Inicial | Más bajo. | Más alto. | La inversión en tiempo de actividad justifica el costo. |
| Seguridad | Mayor riesgo durante el mantenimiento. | Seguridad mejorada a través del aislamiento. | Tipo extraíble |
| Huella | Más pequeño. | Más grande debido al chasis. | Una compensación necesaria para la confiabilidad. |
Capa 2: Distribución de energía (el panel de subdistribución)
Una vez que la energía ingresa a la instalación a través del ACB, debe dividirse y enviarse a varias zonas de carga o “islas”. Un panel de subdistribución sirve para este propósito, alimentando grupos de 4 a 8 cargadores. La protección en esta capa es crucial para la selectividad, asegurando que una falla en un solo grupo de cargadores no cause que el ACB principal se dispare y apague toda la estación.
Componente central: Interruptor automático en caja moldeada (MCCB)
Los MCCB son los caballos de batalla de la distribución de energía comercial. En un contexto de carga de vehículos eléctricos, sirven como protección del alimentador para cada grupo de cargadores. Cumpliendo con IEC 60947-2, proporcionan una protección robusta contra sobrecargas y cortocircuitos dentro de un marco más compacto que un ACB.
Información de VIOX: El papel crítico de las unidades de disparo electrónico (ETU)
Si bien los MCCB térmicos-magnéticos básicos están disponibles, las cargas de carga de vehículos eléctricos comerciales exigen más inteligencia. Los cargadores de vehículos eléctricos no son cargas resistivas simples; son dispositivos electrónicos de potencia sofisticados que pueden tener secuencias de inicio y perfiles de carga complejos.
Es por eso que VIOX recomienda encarecidamente los MCCB con unidades de disparo electrónico (ETU). Una ETU utiliza un microprocesador para ofrecer ajustes de protección altamente ajustables y precisos (larga duración, corta duración, instantáneo). Esto permite a los ingenieros:
- Ajustar la protección contra sobrecarga para que coincida con la carga continua de los cargadores sin disparos molestos.
- Establecer retrasos de corta duración para lograr una coordinación adecuada (selectividad) con el ACB aguas arriba y los interruptores automáticos finales aguas abajo.
- Monitorear la calidad de la energía y registrar eventos de falla para facilitar el diagnóstico.
Conectar correctamente estos interruptores al sistema de distribución de energía también es primordial para la seguridad y la confiabilidad. Para obtener más información, explore nuestras guías sobre Selección de MCCB y Protección de conexión de barras colectoras.
| Potencia del cargador (por pila) | No. de cargadores por grupo | Carga total del grupo (amperios) | Clasificación de MCCB VIOX recomendada (amperios) |
|---|---|---|---|
| 7.4 kW (1-fase) | 6 | ~192A | Marco de 250A, configurado a 200A |
| 11 kW (3-fases) | 4 | ~64A | Marco de 100A, configurado a 80A |
| 22 kW (3-fases) | 4 | ~128A | Marco de 160A, configurado a 140A |
| 22 kW (3-fases) | 8 | ~256A | Marco de 300A, configurado a 275A |
Nota: El dimensionamiento debe tener en cuenta los factores de carga continua (por ejemplo, 125% según NEC) y los requisitos del código local.
Capa 3: La entrada de la estación de carga (Protección del circuito final)
Esta es la capa más crítica para la seguridad del personal. El circuito final alimenta directamente un solo puerto de carga de vehículos eléctricos, y debe proporcionar una protección impecable contra sobrecorriente y, lo que es más importante, contra fugas eléctricas que pongan en peligro la vida.
Componente central: RCBO (Interruptor diferencial con protección contra sobrecorriente)
Un RCBO es el dispositivo ideal para esta capa, ya que combina la protección contra sobrecarga y cortocircuito de un interruptor automático en miniatura (MCB) con la protección contra fugas a tierra de un dispositivo de corriente residual (RCD) en una sola unidad compacta. Sin embargo, no todos los RCD son iguales, y para la carga de vehículos eléctricos, el tipo tipo de RCD es primordial.
Información de VIOX: La necesidad no negociable de la protección RCD de tipo B
El cargador a bordo de un vehículo eléctrico convierte la corriente alterna de la pared en corriente continua para cargar la batería. En ciertas condiciones de fallo dentro del vehículo, este proceso puede provocar que una corriente de fuga de CC continua fluya de vuelta al circuito de CA.
Este es un riesgo exclusivo de la electrónica de potencia, como los cargadores de vehículos eléctricos y los inversores solares. Un estándar RCD de tipo A, que se encuentra comúnmente en entornos residenciales, está diseñado para detectar únicamente fugas de CA y CC pulsante. Está completamente ciego a la corriente de fuga de CC continua. Peor aún, la presencia de más de 6 mA de fuga de CC puede saturar el núcleo magnético de un RCD de tipo A, lo que hace que no pueda dispararse ni siquiera para los fallos de CA contra los que está diseñado para proteger.
Esta es la razón por la que la norma IEC 61851-1 y otras normas mundiales exigen la protección contra las corrientes residuales de CC. Esto se consigue utilizando un RCD tipo B RCD de tipo B, y (o un sistema equivalente con un RCD de tipo A más un dispositivo de detección de CC de 6 mA independiente). Un RCD de tipo B está diseñado específicamente para detectar CA sinusoidal, CC pulsante,.
corrientes de fuga de CC continua, proporcionando una protección completa. Utilizar cualquier cosa que no sea la protección de tipo B en una estación de carga de vehículos eléctricos comercial es un grave fallo de cumplimiento y seguridad. Para una inmersión profunda en este tema crucial, lea nuestra guía esencial sobre. tipos de RCCB para la carga de vehículos eléctricos . Para los cálculos específicos de dimensionamiento del circuito final, consulte nuestra.
| Tipo de RCD | Figura 3: Arquitectura de protección de 5 capas de VIOX. Observe la jerarquía desde el ACB principal (Capa 1) hasta los RCBO de tipo B individuales (Capa 3) y los SPD en el punto de carga. | Fallo de CA sinusoidal | Fallo de CC pulsante | Fallo de CC continua |
|---|---|---|---|---|
| Tipo AC | ✅ | ❌ | ❌ | ¿Adecuado para la carga de vehículos eléctricos?. |
| Tipo A | ✅ | ✅ | ❌ | No. No es seguro. |
| Tipo F | ✅ | ✅ | ❌ | Sólo si el cargador tiene protección integrada de 6 mA CC. |
| Tipo B | ✅ | ✅ | ✅ | No. Ofrece protección de alta frecuencia, pero no CC continua. |
Sí. La opción más segura y conforme.
Capa 4: Control y conmutación (dentro del cargador).
En el interior de la estación de carga se encuentra el componente que realiza el trabajo diario: el contactor. Este dispositivo actúa como el interruptor de alta resistencia, energizando y desenergizando la salida al vehículo por orden del controlador de la estación (que se comunica a través de protocolos como OCPP).
Componente central: Contactor de CA (modular o industrial).
A diferencia de un interruptor automático, que es un dispositivo de seguridad, un contactor está diseñado para la conmutación operativa frecuente. En una estación de carga pública concurrida, un solo contactor puede funcionar docenas o incluso cientos de veces al día.
Información de VIOX: Priorizar la vida eléctrica y el funcionamiento silencioso, contactores modulares Para las estaciones de carga de CA de nivel 2, que a menudo se instalan en zonas sensibles al ruido, como garajes de aparcamiento residenciales o edificios de oficinas, son la opción superior. Están diseñados para el montaje en carril DIN, son extremadamente compactos y están diseñados para un funcionamiento silencioso y "sin zumbidos". Si alguna vez ha tenido que lidiar con un, contactor zumbante o vibrante.
, comprenderá el valor de un diseño silencioso. Lo que es más importante, para esta aplicación, debe especificar un contactor con una alta. vida eléctrica . La vida mecánica de un contactor (cuántas veces puede abrirse y cerrarse sin carga) es siempre mucho mayor que su vida eléctrica (cuántas veces puede conmutar su carga nominal). Para el implacable ciclo de trabajo de un cargador de vehículos eléctricos, un contactor con una alta clasificación de categoría de utilización AC-1 y una resistencia eléctrica probada de cientos de miles de ciclos es esencial para la fiabilidad a largo plazo. Compare los beneficios de contactores modulares frente a contactores tradicionales.
para tomar la decisión correcta para su diseño.
Capa 5: Seguridad transitoria (protección contra sobretensiones).
La sofisticada electrónica que se encuentra tanto en el cargador de vehículos eléctricos como en el propio vehículo es muy vulnerable a las sobretensiones. Estos transitorios pueden ser causados por la caída de rayos cerca de la instalación o por operaciones de conmutación en la red eléctrica. Una sola sobretensión potente puede destruir las placas de control y el cargador a bordo (OBC) del coche, lo que conlleva costosas reparaciones y clientes descontentos.
Componente central: Dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD).
El trabajo de un SPD es detectar una sobretensión transitoria y desviar la corriente de sobretensión dañina de forma segura a tierra antes de que llegue a los equipos sensibles. Un enfoque por capas de la protección contra sobretensiones es más eficaz.
- Información de VIOX: Una estrategia coordinada de SPD (tipo 1+2 y tipo 2) Un DPS Tipo 1+2 Panel principal (Capa 1):.
- debe instalarse en el cuadro de distribución principal, justo después del ACB principal. Un dispositivo de tipo 1 es lo suficientemente robusto como para manejar corrientes parciales de rayo, proporcionando la primera y más potente línea de defensa. Un DOCUP de tipo 2 Subdistribución (Capa 2):.
debe instalarse en los paneles de subdistribución que alimentan los grupos de cargadores. Este SPD secundario sujeta cualquier tensión residual que deje pasar el SPD primario y protege contra las sobretensiones generadas internamente. Este enfoque coordinado garantiza que la tensión se sujete a niveles progresivamente más bajos y seguros a medida que se desplaza hacia la carga final. Este es un elemento crucial tanto para la carga de CA como, aún más, para. protección de cargadores rápidos de CC de alta potencia . Para una visión completa del abastecimiento de estos componentes críticos, consulte nuestra.
Figura 4: Un RCBO de tipo B montado en un carril DIN. Observe la especificación '30mA AC + 6mA DC', que indica una protección completa contra las corrientes de fuga de CA y CC.
La visión general: Protección comercial frente a residencial Las exigencias eléctricas y los requisitos de seguridad de un centro de carga comercial son un orden de magnitud mayores que los de un solo cargador doméstico. Esta tabla resume las principales diferencias en la filosofía de protección. Para una comparación más detallada, consulte nuestra.
| guía de protección comercial frente a residencial | Aspecto de la protección | Cargador de vehículos eléctricos residencial |
|---|---|---|
| Interruptor principal | Estación de carga de vehículos eléctricos comercial | Interruptor del panel principal de 100-200 A |
| Protección del alimentador | N/A (circuito directo) | Interruptores automáticos en caja moldeada (MCCB) para grupos |
| Circuito final | MCB o RCBO de 32A-40A | RCBO de 32A-63A por puerto |
| Protección contra fugas | Tipo A (si el cargador tiene detección de 6mA DC) o Tipo B | RCBO Tipo B (Obligatorio) |
| Protección contra sobretensiones | Tipo 2 (para toda la casa) recomendado | Tipo 1+2 (Acometida principal) + Tipo 2 (Subcuadros) |
| Enfoque en el tiempo de actividad | Conveniencia | De misión crítica (generación de ingresos) |
| Mantenimiento | Reactivo (disparo/fallo) | Proactivo (interruptores extraíbles, monitorización) |
Preguntas más Frecuentes (FAQ)
1. ¿Por qué no puedo usar MCB estándar para la carga comercial de vehículos eléctricos?
Los interruptores automáticos en miniatura (MCB) estándar carecen de los ajustes de disparo regulables de los MCCB, lo que dificulta la coordinación y la selectividad en un sistema grande. Aún más importante, un MCB no proporciona protección contra fugas a tierra, lo cual es un requisito de seguridad crítico para la carga de vehículos eléctricos. Un RCBO es lo mínimo para el circuito final.
2. ¿Cuál es la diferencia real entre un RCD de tipo A y un tipo B para un cargador de vehículos eléctricos?
Un RCD de Tipo A no puede detectar corriente de fuga de CC continua, un riesgo específico que presentan los cargadores de vehículos eléctricos. Esto puede provocar que el dispositivo no se dispare cuando se produce un fallo peligroso. Un RCD de Tipo B está diseñado para detectar fugas de CA, CC pulsante y CC continua, proporcionando una protección completa según lo exigido por las normas de seguridad como la IEC 61851-1.
3. ¿Cómo dimensiono un ACB para una estación comercial de 20 cargadores?
El dimensionamiento del ACB principal implica calcular la demanda máxima total, aplicar un factor de diversidad (que puede ser 1.0 para estaciones comerciales, asumiendo que todos los cargadores podrían utilizarse simultáneamente) y considerar la expansión futura. Para una estación con veinte cargadores de 22kW (32A), la carga total es de 640A. Un factor de diversidad de 0.8 podría resultar en 512A. Se seleccionaría el siguiente tamaño estándar de ACB superior, como un ACB de bastidor de 800A, y se ajustaría la unidad de disparo electrónico en consecuencia. Consulte siempre a un ingeniero cualificado.
4. ¿Necesito DPS en cada punto de carga?
La estrategia más efectiva es estratificada. Un DPS principal Tipo 1+2 en la entrada de servicio proporciona la protección primaria. Los DPS secundarios Tipo 2 deben colocarse en los paneles de distribución que alimentan grupos de cargadores. Colocar un DPS en cada poste individual generalmente no es necesario si la distancia desde el subpanel es corta (por ejemplo, <10 metros) y puede no ser rentable.
5. ¿Cuál es la capacidad de ruptura típica (clasificación kA) para los MCCB en la carga de vehículos eléctricos?
Esto depende de la Corriente de Cortocircuito Presunta (PSCC) en el punto de instalación. Para paneles de subdistribución alimentados desde un transformador grande, la PSCC puede ser significativa. Las capacidades de ruptura típicas para los MCCB en esta aplicación varían de 25kA a 50kA para garantizar que puedan interrumpir de forma segura una falla sin fallar.
Conclusión: Construyendo la columna vertebral eléctrica para la movilidad eléctrica
Una estación de carga comercial de vehículos eléctricos exitosa es más que un conjunto de cargadores. Es un ecosistema eléctrico cohesivo donde la seguridad y la fiabilidad se diseñan desde la primera conexión a la red. Un “sistema nervioso” eléctrico robusto, construido sobre una arquitectura en capas de ACB correctamente especificados, MCCB con unidades de disparo inteligentes, RCBO de tipo B obligatorios y protección contra sobretensiones coordinada, es la verdadera base de una red de carga de alto tiempo de actividad, rentable y, sobre todo, segura.
Al implementar esta estrategia de protección de cinco capas, los desarrolladores y operadores pueden ir más allá de simplemente proporcionar energía y ofrecer la confianza y la fiabilidad que exige el futuro de la movilidad eléctrica.
¿Está diseñando su próxima estación de carga comercial? Póngase en contacto con el equipo de ingeniería de VIOX para obtener una revisión exhaustiva de la lista de materiales (BOM) y asesoramiento de selección adaptado a las necesidades específicas de su proyecto.
