¿Cuántos cargadores para vehículos eléctricos puede soportar realmente un transformador de 1000 kVA?

Un transformador de 1000 kVA puede alimentar de forma realista unos 54 puntos de carga de CA de 11 kW funcionando simultáneamente, o cuatro cargadores de CC de 120 kW, según un plan ilustrativo que reserva el 20 % de la capacidad del transformador y asigna 200 kVA a las cargas existentes del sitio. Son ejemplos de planificación, no límites universales. Un sitio dedicado a la carga con condiciones de funcionamiento diferentes puede admitir más, mientras que un servicio comercial compartido puede admitir menos.

El problema suele surgir cuando se aprueba la distribución de un estacionamiento antes de comprobar la capacidad eléctrica. Dividir 1000 entre los kilovatios anunciados de cada cargador sobreestima la capacidad disponible si se ignoran la demanda del edificio, las pérdidas de conversión, el factor de potencia y los márgenes operativos. La pregunta práctica no es simplemente cuántos cargadores se pueden instalar, sino cuántos pueden suministrar simultáneamente la potencia prevista sin superar los límites eléctricos del sitio.

Empiece por el presupuesto de potencia para la carga, no por el número de cargadores

La potencia nominal en kVA de un transformador describe la potencia aparente. Los cargadores suelen anunciarse en kW, que describen la potencia activa. Estos valores son similares solo cuando el factor de potencia se aproxima a uno; no son intercambiables.

Para una estimación inicial, determine un presupuesto conservador de potencia para la carga:

kVA disponibles para la carga = carga permitida del transformador − carga simultánea no relacionada con la carga de vehículos − cargas auxiliares asignadas por separado.

La «carga permitida» debe tener en cuenta la instalación real del transformador, su refrigeración, la temperatura ambiente, las condiciones de la compañía eléctrica y la política operativa. No existe una regla universal que exija que todos los transformadores funcionen solo al 80 % de su potencia nominal. En este ejemplo se utiliza el 80 % como margen ilustrativo de planificación; no es una reducción de capacidad obligatoria ni sustituye una revisión de ingeniería.

Por ejemplo, consideremos un transformador de 1000 kVA con un límite de planificación acordado de 800 kVA. Si el edificio y las demás cargas simultáneas requieren 200 kVA, quedan aproximadamente 600 kVA para la carga de vehículos. La refrigeración de los cargadores, la iluminación, los equipos de pago y otras cargas auxiliares deben incluirse en algún punto de esa asignación, en lugar de omitirse sin indicarlo.

Restar valores en kVA es un método conservador útil para una evaluación preliminar. El diseño detallado debe sumar la potencia activa y reactiva y evaluar las corrientes de fase, especialmente cuando las cargas tienen distintos factores de potencia o desequilibrios considerables.

Convierta las potencias nominales de los cargadores en demanda del transformador

En la carga de CC, la potencia anunciada suele referirse a la potencia de salida suministrada al vehículo. La alimentación de CA también debe cubrir las pérdidas de conversión:

kVA de entrada del cargador de CC ≈ kW de salida de CC ÷ eficiencia ÷ factor de potencia de entrada.

Un cargador de CC hipotético de 120 kW, con una eficiencia del 95 % y un factor de potencia de entrada de 0,99, requiere aproximadamente 127,6 kVA a plena potencia. Cuatro requieren unos 510 kVA; cinco, unos 638 kVA. Con un presupuesto de 600 kVA para la carga, cuatro caben a su potencia nominal y cinco no.

En la carga de CA, el punto de carga suministra corriente alterna al cargador integrado del vehículo. Siempre que sea posible, utilice la corriente o la potencia de entrada de CA máxima declarada por el fabricante del punto de carga. No aplique a un punto de carga de CA una hipótesis de eficiencia propia de los cargadores de CC: las pérdidas de conversión del cargador integrado ya se incluyen en el límite de entrada de CA.

kVA de entrada para carga de CA ≈ kW de entrada de CA ÷ factor de potencia.

La siguiente comparación utiliza un presupuesto de 600 kVA para la carga, un factor de potencia de entrada de 0,99 y una eficiencia del 95 % únicamente para los cargadores de CC. Las cantidades se redondean hacia abajo y suponen que todos los puntos indicados funcionan simultáneamente a la potencia especificada.

Estas cifras son cálculos hipotéticos, no afirmaciones sobre el rendimiento de ningún fabricante. Solicite al proveedor del cargador propuesto los valores nominales de entrada, las curvas de eficiencia, el factor de potencia real y el consumo de los equipos auxiliares. En el caso de armarios de CC con potencia compartida, contabilice la entrada máxima del armario, en lugar de sumar las potencias indicadas para conectores que no pueden suministrar todos la potencia plena a la vez.

Los conectores instalados y la carga simultánea son decisiones distintas

Un estacionamiento de un centro de trabajo puede necesitar muchos vehículos conectados, pero una potencia total relativamente modesta. Una estación de carga en carretera puede necesitar menos conectores funcionando a alta potencia y con poca flexibilidad de programación. Por eso, un mismo transformador puede ofrecer cantidades muy distintas de cargadores útiles.

Consideremos 80 puntos de carga de CA de 11 kW instalados. A plena potencia y con un factor de potencia de 0,99, su demanda combinada sería de aproximadamente 889 kVA, por encima de los 600 kVA asignados a la carga en este ejemplo. Aun así, podrían instalarse con un sistema de gestión de carga diseñado adecuadamente, pero no todos podrían recibir 11 kW de forma simultánea.

Con un límite de potencia activa de 594 kW, correspondiente aproximadamente a 600 kVA con un factor de potencia de 0,99, una asignación equitativa entre 80 vehículos activos daría un promedio de unos 7,4 kW por vehículo, antes de contabilizar por separado las cargas auxiliares. La asignación real depende de los límites de los vehículos, las corrientes mínimas de carga, la configuración de fases y la lógica del controlador.

La gestión dinámica de la carga modifica la cantidad de conectores que se pueden admitir; no aumenta la capacidad del transformador. Su utilidad consiste en controlar la demanda de carga a medida que cambia la carga del edificio. En un sitio compartido, el controlador debe medir la demanda en el punto de alimentación común, en lugar de suponer que el edificio consume siempre una cantidad fija.

• Establezca límites exigibles para la demanda total y la corriente de cada fase.
• Defina prioridades de carga, como la hora de salida o los requisitos mínimos de energía de la flota.
• Especifique un límite alternativo seguro para el caso de que fallen los medidores, las comunicaciones o el controlador de supervisión.
• Durante la puesta en servicio, verifique que los cargadores respondan realmente a las órdenes de reducción de potencia.

Una estimación de programación como «solo la mitad de los conductores cargará al mismo tiempo» no equivale a un límite eléctrico obligatorio. Sin pruebas fiables y controles adecuados, la demanda simultánea puede aumentar justo cuando el edificio registra su mayor actividad.

Compruebe si la potencia disponible suministra suficiente energía

La capacidad eléctrica por sí sola no permite determinar si el esquema de carga funcionará en la práctica. Los vehículos también necesitan recibir suficiente energía antes de salir. Esto es especialmente importante cuando se justifica una gran cantidad de conectores mediante el reparto de potencia.

Como cálculo hipotético para una flota, si 80 vehículos necesitan 30 kWh cada uno, se deben suministrar 2400 kWh a las baterías. A lo largo de un período de carga de ocho horas, esto supone una necesidad media de 300 kW en el lado de la batería. La energía requerida aguas arriba será mayor, ya que también deben cubrirse las pérdidas de carga y las cargas auxiliares.

Esa demanda puede caber dentro del margen ilustrativo de 600 kVA, pero el promedio oculta las limitaciones de programación. Las llegadas tardías, las salidas tempranas, el consumo en tiempo frío y los vehículos con menor capacidad de aceptación de CA pueden hacer que el suministro de energía sea irregular. Evalúe el período de funcionamiento más exigente que resulte verosímil, no solo el total de horas nocturnas.

En la carga pública de CC, evalúe cómo afecta el reparto de potencia a las expectativas de servicio. Instalar seis cargadores de 120 kW dentro del mismo presupuesto puede ser viable desde el punto de vista eléctrico con controles, pero seis sesiones simultáneas no pueden mantener cada una 120 kW. La reducción progresiva de la potencia aceptada por el vehículo puede disminuir la demanda, pero no debe considerarse una capacidad sobrante garantizada.

Confirme que el transformador no sea solo uno de varios cuellos de botella

Aunque el cálculo de kVA total sea correcto, la instalación puede estar limitada por otros elementos. A 400 V trifásicos, un transformador de 1000 kVA corresponde a una corriente secundaria nominal de aproximadamente 1443 A:

Corriente = 1.000.000 VA ÷ (√3 × 400 V).

Este es un cálculo de la corriente nominal de placa, no una autorización para cargar todos los componentes aguas abajo hasta ese valor. El cuadro general de distribución, los conductores de servicio, los dispositivos de protección y la conexión de la compañía eléctrica pueden tener límites utilizables inferiores.

Equilibrio de fases y capacidad de los alimentadores

Los cargadores de CA monofásicos pueden sobrecargar una fase aunque la demanda trifásica total parezca aceptable. Distribuya los circuitos entre las fases y verifique la carga de cada fase con niveles de ocupación realistas. La caída de tensión en los alimentadores también es importante en estacionamientos grandes; una carga aceptable del transformador no garantiza una tensión adecuada en el cargador más alejado.

Condiciones térmicas y calidad de la energía

Las temperaturas ambiente elevadas, la ventilación restringida, la altitud y las condiciones del recinto pueden reducir la capacidad utilizable del transformador. Confirme con el proveedor del transformador la capacidad de carga aplicable, en lugar de añadir un factor de reducción arbitrario. La carga prolongada de una flota genera un régimen térmico distinto al de un pico breve de demanda del edificio.

Los componentes electrónicos de potencia de los cargadores también requieren prestar atención a los armónicos y al factor de potencia real. Un factor de potencia de desplazamiento alto, por sí solo, no describe la corriente asociada a la distorsión. Cuando corresponda, revise los datos de armónicos y sus implicaciones para las pérdidas del transformador, los cables y la carga del neutro.

Protección y suministro autorizado

Solicite al diseñador eléctrico que verifique los niveles de cortocircuito, la coordinación de protecciones, la puesta a tierra, la protección diferencial aplicable y los requisitos locales de instalación. Las disposiciones relativas a cargas continuas pueden afectar el dimensionamiento de los circuitos y los equipos; no deben simplificarse en forma de un porcentaje universal de carga del transformador. La aprobación de la compañía eléctrica también puede limitar la demanda máxima independientemente de la potencia nominal del transformador.

Mantenga la generación de respaldo separada de la capacidad de carga normal

Los sitios que necesitan mantener el servicio durante cortes requieren un programa de cargas separado para el funcionamiento con generador. Un generador de reserva no añade automáticamente capacidad utilizable a un servicio alimentado por transformador. Los sistemas de transferencia convencionales seleccionan entre fuentes; el funcionamiento en paralelo requiere un sistema diseñado y autorizado específicamente.

Para cargas esenciales seleccionadas, el grupo electrógeno diésel con cabina insonorizada se ofrece con potencias nominales de servicio continuo de 50–500 kVA, potencias de reserva de 55–550 kVA, un factor de potencia nominal de 0,8 y ATS y monitorización remota opcionales. A 500 kVA y con un factor de potencia nominal de 0,8, la potencia activa correspondiente es de 400 kW, no de 500 kW.

Toda asignación para la carga debe mantenerse dentro de las capacidades en kW y kVA del generador una vez abastecidas las cargas esenciales del edificio. Es necesario verificar la compatibilidad con cargas no lineales, los cambios de carga, la respuesta de tensión y frecuencia y el régimen de funcionamiento. Una estrategia práctica durante un corte puede desactivar la carga pública o mantener solo una asignación limitada para la flota, en lugar de intentar reproducir el servicio normal alimentado por la red.

Defina la decisión sobre la capacidad antes de pedir los cargadores

Base la especificación de adquisición en tres cantidades distintas: conectores instalados, potencia de carga simultánea garantizada y demanda máxima permitida del sitio. Indicar únicamente la cantidad de conectores deja margen para un diseño que se ajuste a la distribución del estacionamiento, pero no cumpla las expectativas operativas.

1. Determine la demanda existente. Obtenga mediciones representativas por intervalos, incluidos los picos estacionales y las corrientes por fase. Confirme las ampliaciones previstas del edificio.
2. Acuerde el intervalo de funcionamiento. Registre las condiciones de carga del transformador, los límites de la compañía eléctrica, las capacidades nominales de los equipos aguas abajo y la capacidad reservada para futuras ampliaciones.
3. Calcule la demanda de entrada de los cargadores. Utilice las especificaciones de entrada del proveedor para la tensión prevista, incluidas las cargas auxiliares y el funcionamiento de los armarios con potencia compartida.
4. Valide el servicio de carga. Modele las horas de llegada, los plazos de salida, los requisitos de energía y las condiciones de uso simultáneo en función del límite de potencia propuesto.
5. Ponga a prueba las funciones de limitación durante la puesta en servicio. Compruebe el aumento de la demanda del edificio, el arranque simultáneo de los cargadores, los límites por fase y el comportamiento ante la pérdida de comunicaciones.

La ampliación está justificada cuando el presupuesto de potencia disponible para la carga no puede satisfacer las necesidades energéticas de los vehículos o la potencia simultánea garantizada, ni siquiera con una programación viable. Si se satisface la necesidad energética, pero la demanda de conexión es excesiva, el reparto controlado de potencia puede evitar la sustitución innecesaria del transformador. Esta distinción permite determinar si un transformador de 1000 kVA es realmente insuficiente o si simplemente necesita un plan de carga mejor definido.