Cómo la selección de subestaciones compactas afecta a la rentabilidad de las estaciones de carga de vehículos eléctricos

Guía Técnica Infraestructura de Carga EV

Lógicas prácticas de dimensionamiento, escenarios de aplicación y guías de implementación

Preparado por HENTG POWER

Transformación de energía · Distribución más inteligente

Esta guía explica los principales principios de selección, cálculos de capacidad, escenarios de aplicación y procedimientos de implementación para subestaciones de carga de vehículos eléctricos.En el caso de las subestaciones compactas, la elección de las subestaciones se hace como parte de una solución integrada de distribución de energía, no simplemente como una compra de equipos individuales..

A medida que las redes urbanas de recarga se expanden y la propiedad de vehículos eléctricos sigue aumentando, las estaciones de recarga desarrolladas por empresas privadas se están convirtiendo en una oportunidad de inversión atractiva.Muchos inversores inicialmente se centran en el alquiler de tierrasEl proyecto de la subestación es un proyecto que se centra en el desarrollo de las infraestructuras de carga, la adquisición de cargadores y las proyecciones de tráfico, sin tener en cuenta la subestación compacta, el componente menos visible pero esencial detrás de toda la operación.

Los problemas a menudo surgen sólo después de que comienza la construcción: capacidad insuficiente del transformador, dimensiones de la carcasa que no encajan en el sitio, o retrasos en la aprobación de los servicios públicos.sustitución de equipos, y la interrupción del horario puede socavar rápidamente el modelo financiero original.

A diferencia de los equipos ordinarios de distribución de edificios, una subestación de carga de vehículos eléctricos conecta tres sistemas críticos:

• La red eléctrica
• El transformador y el sistema de distribución MV/LV
• El equipo de carga de vehículos eléctricos

Por lo tanto, la selección no debe basarse únicamente en la potencia total de las placas de la placa de la placa de la placa de la placa de carga.expansión futura, y las normas locales deben tenerse en cuenta.

1La carga real es la base de la selección del transformador.

Un error común es multiplicar la potencia nominal de un punto de carga por el número total de cargadores y seleccionar un transformador basado directamente en el resultado.Este método rara vez refleja el funcionamiento real de las estaciones de carga.

Los vehículos privados, los autobuses, las flotas de reparto y los camiones pesados tienen diferentes patrones de carga.Por consiguiente, debe aplicarse un factor de simultaneidad o diversidad para estimar la demanda máxima real..

Ejemplo ilustrativo: Estación de recarga comunitaria

Considere una estación de carga comunitaria equipada con doce cargadores rápidos de 120 kW de CC:

Debido a que es poco probable que todos los vehículos se carguen simultáneamente a plena potencia durante el pico nocturno, la estación no requiere automáticamente un transformador de 1.600 kVA.

La clasificación final del transformador debe tener en cuenta también el factor de potencia, las cargas auxiliares, la eficiencia del cargador, las características armónicas, la temperatura ambiente, el crecimiento de la carga esperado,y la capacidad de conexión aprobada por la empresa de servicios públicos.

Las estaciones de pasajeros y los centros de carga de vehículos pesados son diferentes

Las estaciones de carga de flotas y camiones pesados generalmente tienen factores de simultaneidad mucho más altos que las estaciones comunitarias de automóviles de pasajeros.

Los vehículos logísticos a menudo llegan en lotes durante la tarde o temprano en la mañana y pueden permanecer conectados a cargadores de alta potencia durante períodos prolongados.el factor de simultaneidad puede alcanzar 0.80 ̊0.90Por lo tanto, dos estaciones con el mismo número de cargadores pueden requerir capacidades de transformadores muy diferentes según el tipo de vehículo y el horario de funcionamiento.

El límite de conexión de servicios públicos es lo primero

El operador de la red de distribución aprueba normalmente una capacidad máxima de conexión.el promotor no puede instalar una capacidad de transformadores ilimitada sin la aprobación de la redLa obtención de la aprobación oficial de la capacidad de conexión y la confirmación del nivel de voltaje entrante deben completarse antes de finalizar la subestación compacta.

Evite tanto el exceso como el descenso

La capacidad del transformador se expresa en kVA, mientras que la potencia del cargador se expresa normalmente en kW. La conversión debe tener en cuenta el factor de potencia y los márgenes generales de diseño del sistema.

Un transformador demasiado grande aumenta:

• Costo inicial del equipo
• Requisitos de fundación civil
• Costos de los equipos de conmutación y de los cables
• Pérdidas sin carga
• Gastos de mantenimiento rutinario

Un transformador de bajo tamaño puede obligar a los cargadores a reducir la producción durante los períodos pico.El objetivo no es seleccionar el transformador más grande posible, sino para identificar la calificación más económica que pueda respaldar con seguridad el perfil de operación real.

2Dos configuraciones principales de subestaciones compactas

Los proyectos de carga de vehículos eléctricos utilizan comúnmente una subestación compacta prefabricada al estilo IEC, a menudo llamada subestación compacta al estilo europeo, o una solución montada en una almohadilla al estilo IEEE/ANSI.

La configuración más adecuada depende del estándar de red local, los requisitos de los servicios públicos, el diseño del sitio, la estrategia de mantenimiento y el presupuesto.HENTG POWER puede proporcionar subestaciones compactas IEC específicas para proyectos y soluciones de transformadores IEEE/ANSI montados en almohadillas con conmutación MV coordinada, el transformador, la protección y los sistemas de distribución LV.

Subestación compacta de estilo europeo

Una subestación compacta de estilo europeo contiene normalmente tres secciones claramente separadas:

• Compartimiento de los interruptores de media tensión
• Compartimiento del transformador
• Compartimiento de distribución de baja tensión

El diseño compartimentado proporciona áreas de operación y mantenimiento claras y permite inspeccionar los equipos MV, transformador y LV por separado.

Sus ventajas incluyen:

• Separación funcional clara
• Acceso conveniente para el mantenimiento
• Configuraciones flexibles de MV y LV
• Reemplazo más sencillo de los componentes normalizados
• Una mayor adaptabilidad a requisitos complejos de protección y medición

Las principales desventajas son una huella más grande, obras civiles más extensas y, por lo general, un costo inicial más alto que un arreglo compacto montado en almohadillas de una clasificación similar.

Esta configuración suele ser adecuada para:

• Estaciones de recarga urbanas junto a la carretera
• Complejos comerciales
• Instalaciones de aparcamiento subterráneo
• Centros públicos de carga
• Proyectos que requieren múltiples circuitos de alimentación de LV
• Sitios con requisitos estrictos de acceso de mantenimiento

En el caso de las instalaciones subterráneas, las normas locales de incendio pueden exigir un transformador de tipo seco, ventilación especial, construcción resistente al fuego o medidas de protección adicionales.

Solución montada en una almohadilla al estilo americano

Un transformador montado en una almohadilla de estilo americano integra el transformador y los componentes primarios de conmutación o protección en un recinto compacto y resistente a alteraciones.su huella puede ser considerablemente menor que la de una subestación compacta convencional de estilo europeoTambién puede reducir los requisitos de los cimientos y simplificar la instalación del sitio.

Sus ventajas incluyen:

• Huella compacta
• Requisitos más bajos para la construcción civil
• Tiempo de instalación más corto
• Configuración exterior adecuada
• Diseño estandarizado rentable
• Compatibilidad con sistemas de alimentación en bucle o de alimentación radial

Se aplica comúnmente en:

• Parques logísticos
• Áreas de servicio de carreteras
• Centros de recarga de la flota al aire libre
• Instalaciones industriales
• Redes de distribución de América del Norte y América Central

El espacio de mantenimiento es generalmente más limitado, por lo que la inspección de fallos y el reemplazo de componentes pueden requerir una planificación más cuidadosa.las barreras, las interfaces de frente muerto y la construcción resistente a la manipulación deben incorporarse.

Nivel de protección del recinto

La calificación requerida de los recintos depende de las normas locales, las especificaciones de utilidad, las condiciones de instalación y el equipo interno.El IP33 es a menudo tratado como un nivel de referencia básico, mientras que una clasificación IP44 o superior específica del proyecto puede ser preferible en zonas con fuertes lluvias, alta humedad, polvo, sal o exposición costera.

HENTG POWER puede configurar la protección de la carcasa, la ventilación, el tratamiento anticorrosión,y el diseño ambiental de acuerdo con la ubicación del proyecto en lugar de aplicar un recinto estándar a cada sitio.

3. Cálculos de capacidad para escenarios típicos de carga

Caso 1: Estación de recarga comunitaria para vehículos de pasajeros

El emplazamiento está previsto para ocho cargadores de corriente continua de 120 kW, y la empresa de servicios públicos ha aprobado una capacidad de conexión máxima de 1.000 kVA.

Debido a que 657 kVA no es una potencia estándar común, se puede seleccionar una subestación compacta de 800 kVA de estilo europeo.

Esta configuración proporciona un margen de funcionamiento razonable. Si se incluyen suficientes circuitos de alimentación LV y un sistema inteligente de gestión de carga,la ampliación futura limitada de los cargadores puede ser posible sin sustituir la subestación completa, sujeto a datos reales de funcionamiento y aprobación de utilidad.

Caso 2: Logística suburbana y centro de carga de camiones pesados

El proyecto incluye diez cargadores de 250 kW de alta potencia de corriente continua. Se espera que los camiones se carguen intensamente por la noche, por lo que se aplica un factor de simultáneidad de 0,85.

Una configuración posible son dos transformadores montados en almohadillas de 1.250 kVA o subestaciones compactas.

En comparación con un transformador grande, una disposición de dos transformadores puede ofrecer:

• Transporte y elevación más fáciles
• Mantenimiento más flexible
• Mejor gestión de la carga por fases
• Funcionamiento parcial de la estación mientras una unidad está en mantenimiento
• Reducción del riesgo de interrupción total de los ingresos

Si los transformadores funcionan en paralelo en un bus común, su relación de voltaje, grupo de vectores, impedancia, posición del grifo, protección y características de distribución de carga deben coordinarse adecuadamente.También puede considerarse un bus LV seccionado cuando la continuidad operativa es más importante que la operación paralela completa..

Caso 3: Estación de recarga subterránea en un complejo comercial

La instalación de estacionamiento subterráneo está prevista para seis cargadores de CC de 75 kW. Las llegadas de vehículos están relativamente dispersas y se aplica un factor de simultaneidad de 0,50.

Una subestación compacta de 315 kVA puede ser adecuada, sujeta a las regulaciones locales y al tipo de transformador requerido.Mientras que los compartimentos separados y la ventilación coordinada pueden reducir los riesgos térmicos en espacios cerrados.

Después de determinar la clasificación del transformador, se comprobarán también el número y la capacidad de los circuitos de salida LV.Los alimentadores de repuesto adecuados pueden hacer que las futuras adiciones de cargadores sean significativamente más fáciles y reducir la necesidad de reemplazar el panel de distribución LV completo.

4Detalles que afectan a la operación a largo plazo

Gestión térmica

La vida útil del transformador y la disponibilidad de la estación de carga están directamente relacionadas con el rendimiento térmico.la protección contra altas temperaturas puede funcionar y causar apagones intermitentes del cargador.

Las subestaciones al aire libre pueden utilizar persianas de ventilación natural, mientras que la ventilación de aire forzado se puede añadir para proyectos de clima caliente.el diseño de la ventilación de la subestación debe estar coordinado con el sistema de ventilación del edificio o del aparcamiento-garage;.

HENTG POWER evalúa la temperatura ambiente, la radiación solar, la altitud, las dimensiones del recinto, las pérdidas de transformadores y los requisitos de ventilación al desarrollar un diseño térmico específico del proyecto.

Cables, barras de bus y dispositivos de conmutación

Los tamaños de los cables, barras de bus, interruptores y dispositivos de protección deben seleccionarse de acuerdo con la carga real del transformador y el cargador.

La reducción de los costes mediante el uso de interruptores o barras de bus LV de tamaño insuficiente puede crear problemas de sobrecalentamiento a largo plazo y de envejecimiento del aislamiento.Es posible que estos problemas no aparezcan durante la puesta en marcha inicial, pero pueden resultar en trampas frecuentes y mayores costos de mantenimiento después de varios años de operación..

Por consiguiente, las especificaciones del proyecto deben exigir:

• Componentes de fabricantes acreditados y aprobados por el proyecto
• Conformidad con las normas IEC, IEEE, ANSI, UL, CSA o locales aplicables
• Capacidad de resistencia a cortocircuito verificada
• Selectividad y coordinación adecuadas de los interruptores
• Capacidad de corriente de barra de bus suficiente
• Verificación del aumento de temperatura
• Espacio adecuado para las terminaciones del cable

Expansión futura

Muchas estaciones de carga añaden más cargadores después de tres a cinco años de operación.reservando aproximadamente el 15%~20% de la capacidad y suficientes circuitos de salida LV pueden prolongar la vida útil de la estación.

El coste inicial adicional es normalmente mucho menor que el coste combinado de:

• Reemplazo del transformador o de la subestación completa
• Reconstrucción de las bases civiles
• Reemplazo de los cables MV y LV
• Modificación del equipo de interrupción
• Procedimientos de homologación de utilidad repetidos
• Suspensión del funcionamiento de la estación durante la reconstrucción

Distancia desde el punto de conexión a la red

La distancia entre la subestación compacta y el punto de conexión del servicio público también afecta al coste y a la eficiencia del proyecto.costes de instalación y de excavación de zanjas, caída de voltaje, pérdidas de energía y complejidad de la coordinación de protección.

Cuando sea práctico, la subestación compacta debe colocarse cerca del punto de conexión MV aprobado, manteniendo el acceso seguro, los espacios libres para los vehículos, el drenaje, la ventilación y el espacio de mantenimiento.

5Proceso de implementación: desde la aplicación de la red hasta la energía

1. Confirmar las condiciones de conexión¢ Presentar al operador local de la red de distribución o de servicios públicos el diseño preliminar de la estación de carga y la demanda estimada.método de conexiónLa tensión aplicable puede ser de 10 kV, 11 kV, 13.8 kV, 22 kV, 33 kV u otra tensión de distribución local.
2. Realizar una encuesta del sitio¢ Verificar el área de instalación disponible, las condiciones de acceso y elevación, la altura del techo, el drenaje, el riesgo de inundación, la ventilación, la distancia entre los cables, los permisos de mantenimiento,y condiciones ambientalesLa encuesta determina si una subestación IEC compacta, una solución montada en una almohadilla, una disposición de tipo seco o un recinto personalizado es lo más adecuado.
3. Calcular la carga de carga realRevisar el diseño del cargador, la potencia nominal, el tipo de vehículo, el calendario de carga, el factor de simultaneidad, las cargas auxiliares, el factor de potencia, los armónicos y la expansión futura prevista.Utilice estos factores para determinar la clasificación del transformador, número de transformadores, equipo de conmutación MV, circuitos LV, clasificación de la caja, método de ventilación, protección y disposición de medición.
4. Preparar y presentar los dibujos técnicosEl fabricante debe preparar el dibujo de disposición general, el diagrama de una sola línea, el dibujo de la base, el plan de entrada del cable, las hojas de datos del equipo y la configuración de protección.Presentar estos documentos al consultor de servicios públicos y del proyecto antes de comenzar la producciónHENTG POWER apoya a los equipos del proyecto con la confirmación de datos técnicos, el desarrollo de SLD y GA, la selección de componentes, la revisión de documentos y la ingeniería de subestaciones personalizada.
5. Instalar, probar y activarDespués de la entrega, levante el equipo en su posición, complete las conexiones de los cables y realice pruebas y puesta en marcha.

Las actividades típicas de puesta en marcha incluyen:

• Inspección mecánica
• Terminación del cable
• Pruebas de aislamiento
• Verificación de la configuración de protección
• Prueba del transformador
• Verificaciones funcionales
• Pruebas de sistemas de comunicación
• Inspección de los servicios públicos
• Energía de la red final

Entre todas las etapas del proyecto, la aprobación de la conexión de servicios públicos y la aprobación del dibujo técnico son los dos hitos más importantes.Compartir los parámetros del transformador y de la subestación propuestos con la empresa de servicios públicos en una etapa temprana puede acortar significativamente el ciclo de aprobación y apoyar la puesta en marcha a tiempo.

Conclusión

La rentabilidad a largo plazo de una estación de carga de vehículos eléctricos está respaldada por muchos detalles de ingeniería.No se puede seleccionar una subestación compacta ajustando solo una clasificación de transformador a la capacidad total del cargador..

La solución correcta requiere un equilibrio entre:

• Condiciones de conexión del servicio público
• Pico real de la demanda
• Modelos de carga y de vehículo
• Restricciones del sitio
• Condiciones ambientales
• Estrategia de mantenimiento
• Requisitos de expansión en el futuro
• Normas técnicas aplicables

El enfoque recomendado consiste en determinar primero la demanda máxima realista, seleccionar la configuración de subestación adecuada para el emplazamiento y reservar un margen de expansión razonable.Esto ayuda a controlar la inversión inicial al tiempo que reduce las pérdidas de energía ocultas, desvalorización del cargador, apagones no planificados, y costosa reconstrucción futura.

HENTG POWER ofrece soluciones integradas de transformadores y distribución de energía para infraestructuras de carga de vehículos eléctricos, incluidas subestaciones compactas IEC, transformadores montados en almohadillas IEEE/ANSI,Integración del equipo de conmutación MV, sistemas de distribución de LV, coordinación de la protección y apoyo técnico específico del proyecto.