Estaciones de carga para coches eléctricos: diagnóstico y mediciones de seguridad
El aumento exponencial de vehículos eléctricos en nuestras carreteras ha traído consigo un desarrollo repentino de las infraestructuras para cargarlos. Esto no es más que el principio de este nuevo segmento, que en la mayoría de países del mundo sustituirá al bien establecido – hasta la fecha – sector de los vehículos a gasolina.
Pero, independientemente de la tecnología que se use para el transporte de carreteras, la clave siempre ha sido la seguridad. En el caso de los vehículos eléctricos, además de la seguridad personal en la carretera, entran en juego otros factores relacionados con un uso adecuado de la energía eléctrica, necesaria para su funcionamiento. El proceso de carga de los coches eléctricos empieza con la generación de energía en una central eléctrica o en una planta de energía renovable, para más tarde proceder a su transmisión y distribución a los puntos de carga EVSE. A partir de ahí se puede iniciar la carga de la batería del vehículo. La seguridad debería estar garantizada en cada una de las etapas del proceso y uno de los elementos que permiten garantizarla son las pruebas y mediciones eléctricas realizadas puntualmente en cumplimiento con la normativa eléctrica vigente.
Las estaciones de carga pueden colocarse en diferentes lugares, como gasolineras, aparcamientos, garajes subterráneos o directamente en los hogares. A grandes rasgos, podemos dividirlas en estaciones tipo CA y CC. Las estaciones de CA suelen tener una potencia menor, con un rango de 3,7 kW a 22 kW. Por su parte, las estaciones de carga en CC, que se conocen comúnmente como de carga rápida, son capaces de aportar una potencia de hasta 350 kW. Entre sí se diferencian principalmente según las necesidades y condiciones de conexión que, por desgracia, suelen suponer un obstáculo importante. Sin embargo, independientemente de la estación para la que esté pensada la conexión, es necesario haber realizado, ya en esta etapa, las mediciones eléctricas necesarias. Esto es porque la propia conexión no solo determina la seguridad del usuario, sino también la del dispositivo conectado.
El tipo de medición en las propias estaciones de carga va a ser, en cierta forma, diferente debido a su modo de operación y diseño. Nosotros vamos a centrarnos en las estaciones de CA, aunque muchas de sus mediciones también son aplicables a las estaciones de CC.
Normativa y legislación
El principio básico para una correcta realización de las pruebas es el cumplimiento con la normativa y legislación aplicables, pues son una garantía de la aplicación del conocimiento técnico probado y más vanguardista en un ámbito concreto; en nuestro caso, en el ámbito automovilístico y de instalaciones eléctricas. Las principales normas en las que nos podemos basar hoy en día son:
- EN 61851: Sistema conductivo de carga para vehículos eléctricos
- IEC 60364: Instalaciones eléctricas de baja tensión
En detalle:
- Parte 6: Inspección
- Parte 4-41: Protección para garantizar la seguridad. Protección contra los choques eléctricos.
- Parte 7-722: Requisitos para instalaciones o emplazamientos especiales. Suministro del vehículo eléctrico.
Las siguientes normas suponen un gran complemento de las anteriores:
- EN 62196: Bases, clavijas, conectores de vehículo y entradas de vehículo. Carga conductiva de vehículos eléctricos.
- EN 62752: Dispositivo de control y protección integrado en el cable para el modo de carga 2 de vehículos eléctricos de carretera (IC-CPD)
- EN 50620: Cables eléctricos. Cables de carga para vehículos eléctricos
- IEC 62955: Dispositivo de detección de corriente diferencial continua (RDC-DD) para su uso en el modo 3 de recarga de vehículos eléctricos.
- EN ISO 15118: Vehículos de carretera. Interfaz de comunicación entre el vehículo y la red eléctrica
Medición en las estaciones de carga de los vehículos eléctricos
Por ello, las mediciones y las actividades de verificación más importantes realizadas en la estación de carga de vehículos eléctricos son, entre otras, las siguientes:
1. Examen visual
Este paso aún no es parte de las mediciones, sino una serie de actividades y aspectos que deberíamos comprobar antes de iniciar el resto de las pruebas. Este paso consiste en la verificación de lo siguiente:
- forma de protección contra la electrocución con la energía eléctrica;
- forma de protección contra incendios;
- selección de los cables de capacidad de corriente y pérdida de tensión;
- selección y configuración de los dispositivos de seguridad y señalización;
- marcación adecuada de los conductores neutrales y protectores;
- presencia de diagramas, señales de advertencia u otra información relacionada;
- marcado de circuitos, dispositivos de protección contra la sobreintensidad, interruptores, bornes, etc.;
- precisión de conexión de los cables;
- presencia y continuidad de los conductores de protección;
- accesibilidad a dispositivos, que permite una operación, identificación y mantenimiento sencillos;
- estado e integridad de la estructura de la estación.
2. Medidas de resistencia de conductores protectores e igualadores (continuidad)
Para garantizar una correcta protección contra las descargas eléctricas, así como la seguridad de los usuarios y los dispositivos, es necesario comprobar que las conexiones de protección con accesibilidad a elementos conductivos funcionan correctamente y su puesta a tierra es correcta; se trata de una de las pruebas más importantes. En la práctica, realizamos la medición de resistencia entre el suministro eléctrico del bus y el resto de partes conductivas accesibles de la estación.
3. Medidas de puesta a tierra
Medidas de resistencia de la puesta a tierra de servicio, siempre que vayan a usarse. La calidad de las puestas a tierra afecta de forma directa a la seguridad de uso de los dispositivos y, especialmente, a la eficacia de la protección contra descargas eléctricas y contra rayos. La resistencia medida nos permite determinar el valor de la tensión de contacto que puede surgir entre distintas partes conductoras del conducto de protección. En la actualidad, los productores de dispositivos de medición ofrecen diferentes métodos de medida, aunque la más popular sigue siendo el método técnico. En los casos en lo que nos encontremos en condiciones urbanas típicas y en los que no exista la posibilidad de introducir sondas de medición en el suelo podemos utilizar pinzas.
4. Medición de la resistencia del aislamiento
Mediante el aislamiento de las partes activas del circuito, se aplica protección básica en caso de contacto directo. Esto no solo protege al usuario de la instalación del riesgo de electrocución al tocar una parte conductiva, sino que también protege la propia instalación en caso de cortocircuito entre cables o entre una fase y la estructura de un dispositivo contactado a la red. Cabe recordar que, en el caso de las estaciones de carga, al medir la resistencia de aislamiento desde el lado del cable de carga estaremos midiendo solo una pequeña sección hacia «el interior de la estación».
Hay que ser conscientes de que, dependiendo del diseño y de los elementos usados, la tensión que se aplica a los circuitos de la estación puede, en casos extremos, dañar o disparar la protección. Por ello, es necesario disponer de los conocimientos técnicos adecuados y estar familiarizado con el elemento examinado. Por supuesto, también deberíamos analizar el cable de suministro del punto de carga. En cumplimiento con las normas, la tensión nominal de la estación determina la tensión de prueba.
5. Medición de la impedancia del bucle de cortocircuito
Uno de los elementos de protección contra descargas eléctricas por contacto indirecto es el uso de protección contra la sobreintensidad en los circuitos eléctricos. Un valor lo suficientemente bajo de la impedancia del bucle de cortocircuito es una condición fundamental para su correcto funcionamiento durante el tiempo exigido en la norma. Por su parte, este valor tiene un efecto directo en la corriente esperada de cortocircuito. Hay que relacionar el resultado de la medición con las protecciones usadas en el circuito. Muchos instrumentos de medida disponibles en el mercado llevan una base de seguridad integrada y lista. La elección de la seguridad que estará presente en nuestro circuito hace que el medidor automáticamente calcule y valore la exactitud de impedancia del bucle de cortocircuito.
Para llevar a cabo las pruebas, tenemos que poner la estación en modo C o D, es decir, en modo de carga del vehículo, para que la tensión nominal aparezca en el conector.
Por ello, también debemos disponer de unos instrumentos de medición adecuados, que permitan el cambio del modo de operación de la estación.
6. Medición de los parámetros de los interruptores diferenciales
La prueba de los parámetros de los interruptores diferenciales tiene como objetivo determinar si son capaces de conectar el circuito en el momento correcto en caso corriente diferencial forzada. Esta consiste básicamente en medir la corriente de actuación así como el tiempo de actuación del interruptor. Dependiendo del tipo de interruptor diferencial y su corriente diferencial, comparamos los límites contenidos en las normas. En los casos de las estaciones de carga, el interruptor diferencial es un elemento de protección importante exigido por las normas. Además, si la estación cuenta con más de un punto de carga, estos deberían protegerse con este tipo de interruptor de forma individual. Por otra parte, debido a la presencia de CC en el sistema de autocarga, es imprescindible la protección mediante la detección de una corriente diferencial forzada de más de 6 mA. En la práctica, esta condición la cumplen los interruptores diferenciales de clase B o una versión de interruptores de tipo A especializados con una señalización adicional de vehículo eléctrico. Una solución alternativa que podemos encontrarnos en las estaciones es el módulo de monitorización de la corriente diferencial CC (RCM, Residual Current Monitoring).
Instrumentos de medición
Para realizar un examen completo, es imprescindible contar con los instrumentos de medición adecuados y que cumplan con los requisitos establecidos en la norma EN 61557, compuesta de varias partes. Por ello, se recomienda el uso de medidores de fabricantes de instrumentos profesionales de control y medición reconocidos mundialmente, entre los que, indudablemente, se encuentra Sonel que, desde hace más de 25 años, se dedica a producir dispositivos profesionales creados para el control de la seguridad, el estado técnico, los parámetros y la calidad de la red de suministro.
En la oferta de la empresa podrás encontrar medidores que se pueden usar con éxito para las medidas mencionadas anteriormente en las estaciones de carga:
- Sonel MRU: mediciones de la resistencia de las puestas a tierra.
- Sonel MIC: mediciones de la resistencia de aislamiento.
- Sonel MZC: mediciones del bucle de cortocircuito.
- Sonel MPI: medidores multifuncionales de los parámetros de las instalaciones eléctricas.
- Sonel EVSE-01 y adaptador para la medición de las estaciones de carga en CA, aptas para su uso con medidores seleccionados de la serie MPI.
- Sonel LXP: mediciones de la intensidad de la iluminación.
- Sonel PQM: mediciones de la calidad de la energía
Author:
Tomasz Gorzelańczyk, gestor de producto en SONEL S.A.
