Requisitos de los conductos de las estaciones de carga de vehículos eléctricos para instalaciones de alta potencia

1. Introducción

1.1 Demanda creciente de estaciones de carga de vehículos eléctricos de alta potencia

El cambio global hacia los vehículos eléctricos (VE) ha acelerado la necesidad de infraestructura de carga de alta potencia. Con fabricantes de automóviles como Tesla, Ford y Rivian lanzando VE capaces de aceptar velocidades de carga de 150 kW a 350 kW, los conductores esperan cada vez más tiempos de carga rápidos comparables a los de reabastecimiento de vehículos a gasolina. Los gobiernos y las empresas privadas están invirtiendo fuertemente en redes de carga rápida de CC (DCFC), particularmente a lo largo de las carreteras y los centros urbanos, para apoyar los viajes de larga distancia y reducir la "ansiedad por la autonomía". Para 2030, solo Estados Unidos tiene como objetivo implementar 500.000 cargadores públicos, muchos de los cuales requerirán sistemas de 480 V o más para satisfacer las demandas de energía.

1.2 Importancia de los sistemas de conductos adecuados en las instalaciones de vehículos eléctricos

Detrás de cada estación de carga de vehículos eléctricos de alta potencia y fiable se esconde un sistema de conductos eléctricos robusto. Los conductos (canales de protección para el cableado) desempeñan un papel fundamental para garantizar la seguridad, la longevidad y el cumplimiento de las normas. Protegen los cables de alta tensión de los peligros ambientales (por ejemplo, la humedad, la radiación ultravioleta y los daños físicos) y evitan el sobrecalentamiento, algo fundamental para las instalaciones de más de 480 V que generan un calor considerable. Los sistemas de conductos mal diseñados suponen un riesgo de fallos eléctricos, incendios y tiempos de inactividad costosos, lo que los convierte en una piedra angular de la planificación de la infraestructura de los vehículos eléctricos.

2. Comprensión de los tipos de estaciones de carga de vehículos eléctricos y los niveles de potencia

Las estaciones de carga de vehículos eléctricos varían significativamente en términos de potencia de salida, complejidad de instalación y requisitos de infraestructura. Esta sección desglosa las tres categorías principales de cargadores de vehículos eléctricos, sus aplicaciones y las implicaciones para los sistemas de conductos, lo que garantiza que los lectores comprendan cómo los niveles de potencia determinan las opciones de diseño.

2.1 Tipos de estaciones de carga de vehículos eléctricos: basadas en voltaje

Las estaciones de carga de vehículos eléctricos se clasifican principalmente según el voltaje de funcionamiento del sistema, una clasificación que influye directamente en la velocidad de carga, la potencia de salida, la complejidad de la instalación y la aplicación general. Las clasificaciones basadas en el voltaje no solo determinan el tipo de equipo necesario, sino que también dan forma al diseño de la infraestructura eléctrica, incluido el tamaño de los conductos y la gestión térmica.

2.1.1 Carga de nivel 1 (120 V): aplicaciones residenciales

La carga de nivel 1 funciona con una corriente alterna estándar de 120 V y se utiliza normalmente en aplicaciones residenciales. Este método es conocido por su facilidad de instalación y por los requisitos mínimos de modificación eléctrica, ya que a menudo utiliza tomas de corriente domésticas existentes.

Potencia y velocidad:Los cargadores de nivel 1 suelen ofrecer entre 1,4 kW y 1,9 kW, lo que se traduce en un aumento aproximado de entre 3 y 5 millas de autonomía por hora. Si bien esto es suficiente para la carga nocturna o para un bajo kilometraje diario, no es ideal para situaciones de respuesta rápida.

Consideraciones de instalación:Como la carga de nivel 1 suele poder realizarse con un tomacorriente estándar, es accesible y rentable. Sin embargo, es importante garantizar un tendido adecuado de los conductos incluso con estos niveles de potencia más bajos para proteger el cableado, especialmente en entornos exteriores o semiexpuestos.

2.1.2 Carga de nivel 2 (240 V): uso híbrido comercial y residencial

La carga de nivel 2 funciona con 240 V CA, lo que proporciona un aumento significativo de potencia en comparación con el nivel 1, lo que la hace versátil tanto para entornos residenciales como comerciales.

Entrega de potencia mejorada:Con potencias de salida que normalmente van de 3,3 kW a 19,2 kW, los cargadores de nivel 2 pueden agregar entre 10 y 60 millas de autonomía por hora. Esta mayor eficiencia los hace atractivos para los desplazamientos diarios y la carga en el lugar de trabajo.

Infraestructura eléctrica:El voltaje más alto exige circuitos dedicados y, a menudo, actualizaciones del panel eléctrico. Los sistemas de conductos deben estar diseñados para soportar cargas de corriente más altas y proporcionar un aislamiento y una disipación de calor adecuados.

2.1.3 Carga rápida de CC (480 V+): Instalaciones comerciales de alta potencia

Los sistemas de carga rápida de CC funcionan a voltajes que normalmente superan los 480 V y están diseñados para una rápida transferencia de energía, principalmente en entornos comerciales y públicos.

Capacidades de carga rápida:Estos cargadores pueden ofrecer potencias que van desde 50 kW hasta 350 kW (o más), lo que permite que las baterías de los vehículos eléctricos alcancen una carga de 80% en tan solo 20 a 30 minutos. Esta velocidad es fundamental para las áreas de descanso de las autopistas, los depósitos de flotas y los centros de tránsito urbano.

Suministro de corriente continua:A diferencia de los cargadores de nivel 1 y nivel 2 que suministran corriente alterna, los cargadores rápidos de CC convierten la corriente alterna en corriente continua dentro de la estación de carga. Esto evita el convertidor integrado del vehículo, lo que permite niveles de potencia mucho más altos y una carga más eficiente.

Desafíos operacionales:Dado el intenso suministro de energía, estos sistemas deben incorporar medidas de seguridad robustas y monitoreo en tiempo real para gestionar las cargas térmicas y garantizar el cumplimiento de estándares rigurosos.

En la sección anterior, categorizamos las estaciones de carga de vehículos eléctricos según sus niveles de potencia, desde cargadores residenciales de nivel 1 hasta cargadores rápidos de CC de alta potencia.

Sin embargo, la capacidad de potencia es solo un aspecto de la clasificación. La selección de conductos para la infraestructura de carga de vehículos eléctricos también debe tener en cuenta el área de aplicación específica, el sitio de instalación y las condiciones ambientales.

En las siguientes secciones, exploraremos cómo estas consideraciones influyen en la elección de conductos y las mejores prácticas de instalación para diferentes entornos de carga de vehículos eléctricos.

2.2 Clasificaciones basadas en aplicaciones

Las estaciones de carga de vehículos eléctricos también se pueden clasificar según su uso previsto, lo que influye en el tamaño de los conductos, el material y los requisitos de instalación.

2.2.1 Estaciones de carga residenciales: necesidades de conductos de baja corriente

• Por lo general, se instalan cargadores de nivel 1 o nivel 2 en garajes o entradas de vehículos.
• Las menores demandas de energía permiten utilizar tamaños de conductos más pequeños (por ejemplo, conductos de PVC de ¾ de pulgada o 1 pulgada).
• Se necesita una protección mecánica mínima a menos que el conducto esté expuesto a un impacto físico.
• Los códigos eléctricos locales pueden dictar la profundidad de entierro para conductos subterráneos.

2.2.2 Estaciones de carga comerciales: infraestructura escalable y de alta corriente

• A menudo se requieren varios cargadores rápidos de nivel 2 o CC para uso público
• Los conductos deben soportar cargas de corriente más elevadas, lo que a menudo requiere conductos metálicos (IMC o RMC)
• Las consideraciones de expansión futura requieren conductos de gran tamaño o conductos vacíos para cableado adicional.
• Las instalaciones al aire libre exigen materiales de conductos resistentes a la intemperie y a la corrosión.

2.3 Consideraciones sobre el lugar de instalación

La ubicación física de una estación de carga de vehículos eléctricos afecta directamente la elección del conducto debido a la exposición a los elementos, la accesibilidad y los requisitos de seguridad.

2.3.1 Estaciones de carga en interiores: ventilación y seguridad contra incendios

• Común en estacionamientos, sótanos residenciales y edificios comerciales.
• Es posible que se requieran materiales de conductos resistentes al fuego, como EMT (tubos metálicos eléctricos), en áreas cerradas.
• Es necesaria una ventilación adecuada para disipar el calor de los cables de alta potencia.

2.3.2 Estaciones de carga para exteriores: resistencia a la intemperie y durabilidad

• Expuesto a la lluvia, radiación UV y temperaturas extremas.
• Requiere un conducto flexible hermético a los líquidos o un conducto rígido no metálico con sellado adecuado.
• Las instalaciones subterráneas deben cumplir con los requisitos de profundidad de entierro y utilizar materiales resistentes a la corrosión.

3. Selección y uso de conductos para estaciones de carga de vehículos eléctricos de alta potencia

3.1 Opciones de materiales para conductos

La selección del material de conducto adecuado es fundamental para garantizar la seguridad, la eficiencia y la longevidad de las estaciones de carga de vehículos eléctricos de alta potencia. La elección depende del entorno de instalación, la carga eléctrica y la durabilidad requerida. Las opciones de conductos suelen clasificarse en cuatro grandes categorías: conductos de PVC, conductos de metal, conductos de fibra de vidrio y conductos compuestos (PVC hermético a líquidos + metal). Cada tipo ofrece ventajas y limitaciones exclusivas, como se describe a continuación.

3.1.1 Conductos de PVC

Los conductos de PVC son una opción popular para muchas instalaciones de vehículos eléctricos debido a su asequibilidad y resistencia a la corrosión.

Ventajas:

• Rentable y ligero:Los conductos de PVC son económicos y fáciles de manipular.
• Resistencia a la corrosión y la humedad:Ofrecen una excelente protección en entornos donde la exposición a la humedad es una preocupación.
• Facilidad de instalación:El PVC es fácil de cortar, unir e instalar.

Limitaciones:

• Menor resistencia al impacto:Son menos duraderos en zonas sujetas a impacto físico.
• Sensibilidad a la temperatura:El PVC puede deformarse en condiciones de temperatura extremas a menos que esté especialmente formulado.
• Vulnerabilidad a los rayos UV:Las instalaciones al aire libre requieren PVC con clasificación UV para evitar la degradación causada por la luz solar.

Sin embargo, los conductos solares de UPVC están diseñados específicamente para entornos con alta exposición a la luz solar. Su resistencia superior a los rayos UV garantiza que la exposición solar prolongada no degrade el material, lo que los hace ideales para estaciones de carga al aire libre y aplicaciones alimentadas con energía solar. Estos conductos mantienen su integridad estructural y su rendimiento incluso bajo calor y radiación intensos, lo que reduce las necesidades de mantenimiento y prolonga la vida útil.

3.1.2 Conductos metálicos

Los conductos metálicos proporcionan una protección robusta y son esenciales en escenarios que exigen una gran durabilidad mecánica y resistencia al fuego. Están disponibles en varias variantes:

Tipos:

• Conducto metálico rígido (RMC):Ofrece máxima protección física.
• Conducto metálico intermedio (IMC):Una alternativa más ligera al RMC que mantiene una resistencia sustancial.
• Conducto metálico flexible (FMC):Proporciona flexibilidad para instalaciones que requieren curvas.

Ventajas:

• Protección mecánica superior:Excelente resistencia al daño físico.
• Resistencia al fuegoSus propiedades inherentes de resistencia al fuego son beneficiosas para la seguridad.

Limitaciones:

• Más pesado y más caro:Son más costosos y su instalación puede resultar complicada.
• Riesgo de corrosión:La exposición a entornos corrosivos requiere recubrimientos resistentes a la corrosión y una conexión a tierra adecuada.

3.1.3 Conductos de fibra de vidrio

Los conductos de fibra de vidrio están construidos con polímeros reforzados con fibra de vidrio, lo que ofrece una alternativa no metálica con una resistencia ambiental excepcional.

Ventajas:

• Alta resistencia a la corrosión:Funcionan bien en ambientes duros y corrosivos.
• Ligero y no conductor:Su peso reducido simplifica la instalación y minimiza los problemas relacionados con las interferencias electromagnéticas.
• Estabilidad térmica:Mantienen la integridad bajo variaciones extremas de temperatura, lo que es fundamental para gestionar el calor en aplicaciones de alta potencia.

Limitaciones:

• Requisitos de manipulación especializada:La instalación puede exigir una manipulación cuidadosa y precisa.
• Disponibilidad limitada:No se encuentran tan ampliamente disponibles en stock como los materiales para conductos más convencionales.

3.1.4 Conductos compuestos (PVC hermético a líquidos + metal)

Los conductos compuestos combinan los beneficios del PVC y del metal a través de un diseño de doble capa, generalmente diseñados como soluciones herméticas a los líquidos.

Ventajas:

• Protección de doble capa:Una capa interior de PVC proporciona una excelente resistencia a la humedad y a la corrosión, mientras que una capa exterior de metal añade resistencia mecánica.
• Sello hermético a líquidos:El diseño evita la entrada de agua, polvo y contaminantes, lo que salvaguarda la integridad eléctrica en entornos húmedos o difíciles.
• Mayor durabilidad:Esta construcción híbrida proporciona resiliencia en condiciones donde tanto la protección ambiental como la física son críticas.

Limitaciones:

• Costo más alto:Generalmente son más caras en comparación con las alternativas de un solo material.
• Requisitos de instalación especializados:Una instalación adecuada requiere accesorios compatibles y experiencia especializada.

3.2 Soluciones de conductos especializados

En el caso de las instalaciones de carga de vehículos eléctricos de alta potencia, los conductos estándar no siempre satisfacen los desafíos ambientales u operativos particulares que se presentan en las aplicaciones del mundo real. Para abordar estos desafíos, se han desarrollado soluciones de conductos especializados que garantizan que las instalaciones sigan siendo seguras, duraderas y compatibles incluso en las condiciones más extremas. Esta categoría ahora incluye materiales avanzados como los conductos LSZH.

Los conductos LSZH (Low Smoke Zero Halogen) ofrecen características de seguridad mejoradas, especialmente en interiores o entornos densamente poblados. En caso de incendio, los materiales LSZH emiten una cantidad mínima de humo y no emiten gases halógenos, lo que reduce significativamente el riesgo de humos tóxicos y garantiza un entorno más seguro tanto para los usuarios como para los equipos. Esto hace que los conductos LSZH sean la opción preferida cuando la seguridad contra incendios y las consideraciones ambientales son primordiales.

3.3 Requisitos de dimensionamiento y capacidad de corriente de los conductos

El dimensionamiento adecuado de los conductos es esencial para garantizar que las instalaciones de carga de vehículos eléctricos de alta potencia funcionen de manera segura y eficiente. Esto implica calcular el espacio disponible para los conductores (relleno de cables) y ajustar las capacidades de transporte de corriente (capacidad de corriente) para tener en cuenta las condiciones de la instalación. Tanto los cálculos como los requisitos reglamentarios deben considerarse cuidadosamente para evitar el sobrecalentamiento y garantizar el cumplimiento de las normas de seguridad.

3.2.1 Cálculo del relleno y la reducción de potencia del cable para cargas de alta corriente

Al diseñar sistemas de conductos para aplicaciones de alta corriente, es fundamental determinar el tamaño adecuado del conducto calculando el relleno de cables. Este proceso implica comparar el área transversal total de todos los conductores con el área transversal interna del conducto. El llenado excesivo de un conducto puede provocar un aumento de la fricción durante la instalación y una disipación de calor inadecuada, lo que puede provocar una rotura del aislamiento o incendios eléctricos.

Área total del conductor:Suma las áreas de las secciones transversales de todos los cables que pasarán por el conducto.

Área interna del conducto:Utilice las especificaciones del fabricante para determinar el área transversal interna disponible.

Porcentaje de llenado:Los estándares de la industria a menudo restringen el relleno a un máximo de 40% para cables de alimentación.

Además del relleno de cables, se aplican factores de reducción de potencia cuando hay varios conductores que transportan corriente. La reducción de potencia ajusta la capacidad de corriente de los conductores para compensar el calor generado en espacios reducidos. Los factores que influyen en la reducción de potencia incluyen la cantidad de conductores, la temperatura ambiente y el tipo de aislamiento utilizado. Los cálculos adecuados ayudan a mantener una temperatura de funcionamiento segura y a evitar el sobrecalentamiento bajo cargas continuas de alta corriente.

3.2.2 Cumplimiento de NEC: Tabla 1 (regla de llenado 40%) y tablas de capacidad de corriente

El cumplimiento del Código Eléctrico Nacional (NEC) es primordial a la hora de dimensionar los conductos para las instalaciones de carga de vehículos eléctricos.

Regla de llenado 40% (Tabla 1 del NEC):Esta tabla estipula que el área de la sección transversal ocupada por los conductores no debe exceder 40% del área interna del conducto para cables de energía. Esta regla ayuda a mantener un espacio adecuado para la disipación de calor y facilita la instalación y el mantenimiento de los cables.

Tablas de capacidad de corriente:Estas tablas especifican la capacidad de transporte de corriente admisible para los conductores en función de su tamaño, tipo de aislamiento y condiciones de instalación. Los diseñadores utilizan estas tablas para garantizar que los conductores elegidos puedan soportar la carga eléctrica prevista, incluso después de tener en cuenta los factores de reducción de potencia debido a cables múltiples o temperaturas ambiente elevadas.

4. Prácticas recomendadas de instalación de conductos de alta potencia en estaciones de carga de vehículos eléctricos

4.1 Planificación y diseño del sistema

En esta fase inicial, un proceso detallado de planificación y diseño sienta las bases para una estación de carga robusta. Comienza con un análisis de carga integral que evalúa los requisitos generales de energía de la estación, las demandas de carga máxima y el uso previsto. Este análisis no solo determina las necesidades inmediatas, sino que también anticipa la expansión futura, lo que garantiza que las especificaciones de los conductos y cables seguirán siendo adecuadas a lo largo del tiempo.

La colaboración entre ingenieros eléctricos, diseñadores de sistemas y autoridades regulatorias es crucial para integrar el sistema de conductos sin problemas en el diseño general de la estación. El diseño debe centrarse en seleccionar conductos que estén calificados para aplicaciones de alta corriente y que sean capaces de soportar las tensiones térmicas, químicas y ambientales que se encuentran en condiciones del mundo real, como la exposición a temperaturas extremas y a la radiación ultravioleta.

4.2 Instalación y enrutamiento

Una vez que se establecen los parámetros de diseño, la fase de instalación y tendido tiene prioridad. Esta etapa se centra en el trazado de los conductos de manera que se minimice la tensión mecánica y se maximice la eficiencia. Los conductos se instalan a lo largo de vías diseñadas para reducir las curvas innecesarias y evitar ángulos agudos, protegiendo así el aislamiento de los cables y los conductores de daños. El montaje seguro es fundamental, ya que evita que se comben y se muevan, lo que podría comprometer tanto la integridad física como el rendimiento eléctrico del sistema.

Además, el tendido está planificado para mantener una separación clara con las líneas de baja tensión o de comunicación, lo que es esencial para evitar interferencias electromagnéticas. El proceso de instalación también implica el tendido cuidadoso de los cables utilizando técnicas que preservan su integridad, lo que garantiza que el sistema de alta potencia funcione de manera segura y eficiente desde el principio.

4.3 Medio ambiente, seguridad y cumplimiento

La fase final se centra en la resiliencia medioambiental, la seguridad y el cumplimiento de las normas establecidas. Los conductos de alta potencia en las estaciones de carga de vehículos eléctricos deben estar protegidos contra los elementos; por lo tanto, se implementan medidas de impermeabilización, como revestimientos resistentes a los rayos UV y juntas selladas, para proteger contra la entrada de humedad y el desgaste ambiental. La gestión térmica es otro aspecto clave, ya que el calor generado por los cables de alta potencia debe disiparse de manera eficaz mediante un espaciado y una ventilación adecuados.

Además de estas medidas técnicas, se mantiene un etiquetado claro y una documentación detallada para facilitar el mantenimiento y la resolución de problemas en curso. Por último, toda la instalación se alinea rigurosamente con los códigos eléctricos locales y nacionales, con inspecciones periódicas y un programa de mantenimiento proactivo que garantiza que el sistema siga siendo seguro, conforme y confiable durante toda su vida útil operativa.

5. Conclusión

La infraestructura de carga de vehículos eléctricos de alta potencia exige un equilibrio cuidadoso de múltiples factores, desde la selección de materiales y el tamaño preciso de los conductos hasta prácticas de instalación sólidas. Como hemos visto, el sistema de conductos constituye la columna vertebral de estas instalaciones, y la selección del material, el tamaño y las medidas de protección adecuados es fundamental para garantizar que el sistema funcione de manera segura y confiable a lo largo del tiempo.

La elección del conducto eléctrico más adecuado rara vez es una decisión que se aplica a todos los casos; debe evaluarse en conjunto con los factores únicos de cada proyecto. Factores como las condiciones ambientales, la ubicación de la instalación, la carga de corriente, la gestión térmica, los requisitos de seguridad y la escalabilidad futura desempeñan un papel fundamental en este proceso de toma de decisiones.

En última instancia, el mejor conducto no es universalmente el “más avanzado” o el “más duradero”, sino el que mejor se adapta a los requisitos técnicos, de seguridad y económicos específicos de su proyecto de estación de carga de vehículos eléctricos.

Tubo C se enorgullece de ofrecer una gama completa de soluciones de conductos avanzados que están en línea con las demandas cambiantes de las estaciones de carga de vehículos eléctricos de alta potencia. Nuestra cartera de productos incluye productos de alta calidad. CLORURO DE POLIVINILO, Láser de luz ultravioleta (Bajo nivel de humo y cero halógenos) y Paneles solares de UPVC Conductos eléctricos. Diseñados para brindar una excelente durabilidad, estabilidad térmica y resistencia ambiental, los conductos de Ctube son perfectos para instalaciones de estaciones de carga tanto en interiores como en exteriores. Ya sea que se trate de la necesidad de resistencia a la corrosión, mayor seguridad a través de materiales con baja emisión de humo o un rendimiento óptimo en aplicaciones alimentadas con energía solar, nuestras soluciones se integran para entornos de carga de alta potencia.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cómo afectan las clasificaciones basadas en voltaje al diseño de las estaciones de carga de vehículos eléctricos?

Las clasificaciones basadas en voltaje (Nivel 1, Nivel 2 y carga rápida de CC) determinan la potencia de salida y la velocidad de carga, lo que influye en la elección de componentes eléctricos, el tamaño de los conductos y las prácticas de instalación.

2. ¿Qué normas y códigos se deben seguir para las instalaciones de conductos de carga de vehículos eléctricos?

Las instalaciones deben cumplir con el Código Eléctrico Nacional (NEC), incluidos artículos específicos como NEC 250 para conexión a tierra y unión, así como las certificaciones UL y los códigos de construcción locales.

3. ¿Existen consideraciones especiales para las instalaciones de conductos exteriores?

Sí, las instalaciones al aire libre requieren conductos con sellos impermeables, resistencia a los rayos UV y protección contra la corrosión para soportar la exposición ambiental, como la lluvia, la luz solar y los contaminantes químicos.