Implementación de estaciones de carga para autos eléctricos en estacionamiento de la ESIME Zacatenco edificio 2

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

“LA TÉCNICA AL SERVICIO DE LA PATRIA”

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA.

IMPLEMENTACION DE ESTACIONES DE CARGA PARA AUTOS

ELECTRICOS EN ESTACIONAMIENTO DE LA ESIME ZACATENCO

(EDIFICIO 2)

T E S I S

PRESENTAN:

AVILA CASTILLO ISMAEL

PEREZ LOPEZ MIGUEL ANGEL

ASESOR TECNICO

M. en C. TELESFORO TRUJILLO SOTELO

ASESOR METODOLOGICO

Agradecimientos

A Dios, a mis padres por todo su apoyo y la oportunidad

de poder estudiar, a las personas que colaboraron de una

u otra forma para la realización de este trabajo.

A todos los maestros de la ESIME Zacatenco que nos

asesoraron, porque cada uno, con sus valiosas

aportaciones, nos ayudaron a crecer como persona y

Resumen

Enla presente tesis se realiza un estudio técnico-económico de la instalación eléctrica de lasestaciones de carga en el estacionamiento de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Eléctrica (ESIME) unidad Zacatenco (Edificio 2).

El primer capítulo está dedicado, a explicar el funcionamiento básico de un vehículo eléctrico, y el proceso de carga de la batería.

El segundo capítulo se enfoca a la utilización de las normas vigentes en nuestro país de las instalaciones eléctricas, principalmente la Norma Oficial Mexicana (NOM-001-SEDE-2012) para poder así seleccionar el equipoque interviene en la instalación.

En el tercer capítulo, se hace la memoria técnica de la instalación eléctrica de la estación de carga.

Abstract

In this thesis a technical-economic study of the electrical installation of charging stations in the parking lot of the School of Mechanical and Electrical Engineering (ESIME) Zacatenco unit (Building 2) is performed.

The first chapter is devoted to explaining the basic operation of an electric vehicle and charging of the battery.

The second chapter focuses on the use of existing standards in our country of electrical installations, mainly the Norma Oficial Mexicana (NOM-001-SEE-2012) to select and equipment involved in the installation.

In the third chapter, the specification of the electrical installation of the charging station is made.

Planteamiento del problema

En México, actualmente ha aumentando la demanda del vehículo eléctricocomo necesidad de transporte; es por ello que se hará necesaria la instalación estaciones de carga en el país.

En mayor medida el funcionamiento del vehículo eléctrico depende de su batería que a su vez alimenta un motor eléctrico que proporciona el movimiento de este; así cuando el vehículo eléctrico está en funcionamiento la bateríaeventualmente se descarga, así que es necesario que exista un medio de carga para la batería, tal como lo es una estación de carga.

De esta manera se puede ayudar al usuario de un vehículo eléctricoa no limitar las distancias que este puede recorrer, en tanto este pueda cargar la batería en alguna estación de carga.

Para cubrir está necesidad se propondrá hacer la instalación de una estación de carga en el estacionamiento de laescuela (ESIME unidad Zacatenco).

Justificación

La instalación de estaciones de carga para la batería de vehículos eléctricos, cubrirán la necesidad que tienen los usuarios poseedores de un vehículo eléctrico de cargar la batería y evitar problemas con la movilización de este. Además de cubrir también las necesidades de futuros usuarios de un vehículo eléctrico.

La implementación de una estación de carga en el estacionamiento de una escuela, es de gran utilidad para las personas, cuyo medio de transporte sea un vehículo eléctrico. Ya que una ventaja del uso de las estaciones de carga es que se puede aprovechar los tiempos en los que la gente hace estancia en la escuela, y así pueda cargar su batería.

Por ejemplo la persona que al llegar a la escuela en su vehículo eléctrico, que tenga parcialmente o casi completamente descargada su batería, pueda conectarlo a la estación de carga y pueda dejar cargando la batería mientras realiza alguna actividad. Dependiendo del tiempo de estancia de la persona podrá regresar a donde estaba conectado su vehículo y notara que la batería se ha cargado ya sea por completo o parcialmente.

Un beneficio que presentan las estaciones de carga, es que para su funcionamiento solo se requiere de energía eléctrica, por lo que no contribuye a la emisión de gases nocivos a la atmosfera.

Objetivos

1- Objetivo general

Hacer la evaluación técnico-económicaque implica realizar la instalación eléctrica de una estación de carga en el estacionamiento del edificio 2 de la ESIME unidad Zacateco.

2- Objetivos específicos

 Conocer la operación básica del vehículo eléctrico, la operación de carga

del vehículo eléctrico, la estación de carga, así como sus modos y niveles.

 Aplicar las normas vigentes para la instalación de estaciones de carga

para vehículos eléctricos y los conocimientos de ingeniería eléctrica para la instalación de estos en la ESIME unidad Zacatenco.

ÍNDICE

INTRODUCCION………..1

CAPITULO1ASPECTOS GENERALES DE LOS VEHÌCULOS ELÉCTRICOS.……..2

1.1 Antecedentes ... 3

1.2 Vehículo eléctrico ... 4

1.2.1 Clasificación de los vehículos eléctricos ... 4

1.3 Funcionamiento del vehículo eléctrico ... 5

1.4 Estaciones de carga ... 8

1.4.2 Niveles de carga ... 9

1.4.3 Modos de carga y conector estándar norteamericano ... 9

CAPITULO 2MARCO NORMATIVO PARA LA IMPLEMENTACION DE ESTACIONES DE CARGA………...12

2.1 Definiciones requeridas para la aplicación de la norma oficial mexicana -001-sede 2012……….………13

2.2 Requisitos de las instalaciones eléctricas ... 13

2.3 Uso e identificación de los conductores puestos a tierra... 13

2.4 Circuitos derivados ... 13

2.5 Alimentadores ... 14

2.6 Calculo de los circuitos derivados, alimentadores y acometidas. ... 14

2.7 Protección contra sobre corriente ... 14

2.8 Puesta a tierra y unión ... 15

2.9 Métodos de alambrado ... 15

2.10 Conductores para el alambrado general ... 16

2.11 Tubo conduit rígido metálico (RMC) ... 16

2.12 Equipos para carga de vehículos eléctricos ... 16

2.13 Normas y lineamientos adicionales a la norma oficial mexicana-sede -201217 CAPITULO 3MEMORIA TECNICA DE LA INSTALACION ELECTRICA DE LAS ESTACIONES DE CARGA………...18

3.2 Comportamiento de los parámetros del sistema. ... 22

3.3 Planeación de la instalación ... 33

3.4 Calculo de la instalación ... 43

3.5 Selección del equipo ... 71

CAPITULO 4ESTUDIO ECONOMICO DE LA INSTALACION DE UNA ESTACION DE CARGA……….……….80

4.1 Estudio económico ... 81

4.1.1 Cotización individual de los equipos utilizados para la instalación eléctrica ... 81

4.1.2 Presupuesto para la contratación de energía eléctrica. ... 83

4.1.3 Costos totales y ventas. ... 94

4.1.4 Estudio de costo-beneficios ... 97

CONCLUSIONES………...108

REFERENCIAS………..119

TABLAS

TABLA 3.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL TRANSFORMADOR UTILIZADO ... 20

TABLA 3.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL TABLERO DE DISTRIBUCIÓN UTILIZADO ... 21

TABLA 3.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES QUE CONTIENE EL TABLERO ... 22

TABLA 3.4 VALORES DE TENSIONES EN EL SISTEMA A DISTINTAS HORAS. ... 23

TABLA 3.5 VALORES DE CORRIENTE EN CADA FASE DEL SISTEMA TRIFÁSICO A DISTINTAS HORAS ... 24

TABLA 3.6 VALORES DE POTENCIA REAL, REACTIVA Y APARENTE EN EL SISTEMA TRIFÁSICO A DISTINTAS HORAS. ... 25

TABLA 3.7 VALORES DE POTENCIA REAL EN EL SISTEMA A DISTINTAS HORAS. .... 26

TABLA 3.8 VALORES DE POTENCIAS REACTIVAS EN EL SISTEMA A DISTINTAS HORAS. 27 TABLA 3.9 VALORES DE POTENCIAS APARENTES EN EL SISTEMA A DISTINTAS HORAS. 28 TABLA 3.10 VALORES DE POTENCIAS REALES ULTIMA, ANTERIOR Y PICO. ... 29

TABLA 3.11 VALORES DE POTENCIAS REACTIVAS ULTIMA, ANTERIOR Y PICO. ... 30

TABLA 3.12 VALORES DE POTENCIAS APARENTES ÚLTIMA, ANTERIOR, PICO. .... 31

TABLA 3.13 TRAMOS EN QUE SE SUBDIVIDE LA INSTALACIÓN. ... 42

TABLA 3.14 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA ESTACIÓN DE RECARGA. ... 43

TABLA 3.15 CONEXIÓN DE LAS ESTACIONES DE CARGA ... 45

TABLA 3.16 CALCULO DEL TUBO METÁLICO RMC DEL CIRCUITO DE LÍNEA. ... 54

TABLA 3.15. ... 56

TABLA 3.17 TRAMOS EN QUE SE SUBDIVIDE LA INSTALACIÓN ... 58

TABLA 4.1 COTIZACIÓN DE LOS ELEMENTOS UTILIZADOS PARA LA INSTALACIÓN. ……….81

TABLA 4.2 MONTO DE LOS DIFERENTES EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA: ... 82

TABLA 4.3 MONTO DE LOS DIFERENTES SERVICIOS QUE INTERVIENEN EN LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA. ... 83

TABLA 4.4 MONTO MENSUAL DE LA CONTRATACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CASO A: ... 93

TABLA 4.5 MONTO MENSUAL DE LA CONTRATACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CASO B: ... 93

TABLA 4.6 MONTO MENSUAL DE LA CONTRATACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CASO C. ... 94

TABLA 4.7 DEPÓSITO DE GARANTÍA. ... 94

TABLA 4.8 TABLA DE COSTOS TOTALES: ... 94

TABLA 4.9 TABLA DE VALORES TOTALES: ... 96

TABLA 4.11 COSTOS ... 105

TABLA 4.13 BENEFICIOS Y COSTOS AL AÑO ... 107

FIGURAS

FIGURA 1.1 ESQUEMA DE LOS DISTINTOS TIPOS DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS. .... 4

FIGURA 1.2 TREN MOTRIZ DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO.. ... 6

FIGURA 1.3 TREN MOTRIZ DE UN VEHÍCULO HÍBRIDO ... 7

FIGURA 1.4 ESTACIÓN DE CARGA PARA LAS BATERÍAS DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS. ... 8

FIGURA 1.5 ILUSTRACIÓN DE LOS DIFERENTES MODOS DE CARGA. ... 10

FIGURA 1.6 CONECTOR TIPO YAZAKI ... 11

FIGURA 3.1 TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN TIPO UBICADO EN LA SUBESTACIÓN DEL EDIFICO. ... 19

FIGURA 3.2 TABLERO DE DISTRIBUCIÓN UBICADO EN LA SUBESTACIÓN DEL EDIFICIO 2. ... 20

FIGURA 3.3 INTERRUPTORES DEL TABLERO DE DISTRIBUCIÓN ... 21

FIGURA 3.4 MEDIDOR DIGITAL INSTALADO EN EL TABLERO GENERAL. ... 22

FIGURA 3.5 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS TENSIONES. ... 23

FIGURA 3.6 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS CORRIENTES EN CADA FASE. ... 24

FIGURA 3.7 GRÁFICO DE LAS POTENCIAS REAL, REACTIVA, APARENTE. ... 25

FIGURA 3.8 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS POTENCIAS REALES EN CADA FASE... 26

FIGURA 3.9 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS POTENCIAS REACTIVAS. ... 27

FIGURA 3.10 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS POTENCIAS APARENTES. ... 28

FIGURA 3.11 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS POTENCIAS REALES ULTIMA, ANTERIOR Y PICO. ... 29

FIGURA 3.12 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS POTENCIAS REACTIVAS ÚLTIMO, ANTERIOR Y PICO. ... 30

FIGURA 3.13 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS POTENCIAS APARENTES ULTIMA, ANTERIOR, Y PICO. ... 31

FIGURA 3.14 CROQUIS DE LA INSTALACIÓN ... 33

FIGURA 3.15 ZONA DONDE SE UBICARA LA INSTALACIÓN. ... 34

FIGURA 3.16 DIAGRAMA DE PLANTA DE LA SUBESTACIÓN. ... 35

FIGURA 3.17 DIAGRAMA FRONTAL DE UNA PARTE DE LA SUBESTACIÓN. ... 36

FIGURA 3.18 PRIMER TRAMO (CONFORMADO POR UNA PRIMERA Y SEGUNDA PARTE)………..37

FIGURA 3.19 SEGUNDO TRAMO DE LA INSTALACIÓN ... 39

FIGURA 3.20 TERCER TRAMO DE LA INSTALACIÓN ... 40

FIGURA 3.21 CUARTO TRAMO DE LA INSTALACIÓN ... 41

FIGURA 3.22 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE LA INSTALACIÓN... 42

FIGURA 3.23 GRÁFICO DE LAS DISTINTAS POTENCIAS APARENTES ULTIMA, ANTERIOR Y PICO DEMANDADA. ... 44

FIGURA 3.24 CONEXIÓN ESTRELLA DELTA. ... 45

FIGURA 3.25 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE LA INSTALACIÓN. ... 46

FIGURA 3.26 DIAGRAMA TRIFILAR DE LA INSTALACIÓN ... 47

FIGURA 3.27 SIMBOLOGÍA UTILIZADA EN EL DIAGRAMA TRIFILAR ... 48

FIGURA 3.28 CORRIENTES DE LÍNEA Y DE FASE... 50

FIGURA 3.30 LONGITUD ABARCADA POR LOS TUBOS. ... 55

FIGURA 3.31 SECCIONES DE LOS TUBOS EC –C1,EC-C2, EC-C3VISTOSDE DERECHA A IZQUIERDA. ... 56

FIGURA 3.32 PROYECCIÓN DE TUBOS ... 57

FIGURA 3.33 CIRCUITO EQUIVALENTE DEL SISTEMA. ... 59

FIGURA 3.34 CAÍDA DE TENSIÓN 1. ... 61

FIGURA 3.35 CAÍDA DE TENSIÓN DE LA MALLA 2 ... 62

FIGURA 3.36 CAÍDA DE TENSIÓN DE LA MALLA 3 ... 64

FIGURA 3.37 DIAGRAMA UNIFILAR ... 65

FIGURA 3.38 DETALLE 04 Y SIMBOLOGÍA UTILIZADA EN EL DIAGRAMA UNIFILAR Y TRIFILAR. 66 FIGURA 3.39 CONEXIÓN DE UNA SOLA CARGA ... 67

FIGURA 3.40 CONEXIÓN DE DOS CARGAS ... 68

FIGURA 3.41 CARGAS EN PARALELO ... 69

FIGURA 3.42 2 CARGAS EN PARALELO EN UNA MISMA FASE CON OTRA CARGA EN UNA DISTINTA. ... 70

FIGURA 3.43 CONDUCTOR THHW-LS. ... 71

FIGURA 3.44 ESTACIÓN DE RECARGA. ... 72

FIGURA 3.45 CARACTERÍSTICAS DE LA ESTACIÓN DE RECARGA. ... 73

FIGURA 3.46 DIMENSIONES DE LA ESTACIÓN DE RECARGA. ... 76

FIGURA 3.47 TUBOCONDUITRMC. ... 77

FIGURA 3.48 CENTRO DE CARGA. ... 77

FIGURA 3.49 INTERRUPTORES. ... 78

FIGURA 3.50 REGISTRO DE BAJA TENSIÓN. ... 79

FIGURA 4.1 DEMANDA DEL EQUIPO CASO A). ... 86

FIGURA 4.2 DEMANDA DEL EQUIPO CASO B. ... 88

FIGURA 4.3 DEMANDA DEL EQUIPO CASO C. ... 90

FIGURA 4.1 EJEMPLO DE UN DIAGRAMA DE FLUJO. ... 99

FIGURA 4.2 EJEMPLO DE DIAGRAMA A VALOR PRESENTE. ... 99

FIGURA 4.3 EJEMPLO DE DIAGRAMA A VALOR FUTURO... 100

FIGURA 4.4 EJEMPLO DE DIAGRAMA POR MONTOS UNIFORMES DADOS. ... 100

FIGURA 4.5 DIAGRAMA DE FLUJO QUE RELACIONA LOS VALORES PRESENTES CON LOS FUTUROS. ... 101

FIGURA 4.6 DIAGRAMA DE FLUJO QUE RELACIONA LOS PAGOS UNIFORME CON SU VALOR PRESENTE O FUTURO. ... 102

FIGURA 4.7 DIAGRAMA DE FLUJO EFECTIVO DEL CASO A ... 108

FIGURA 4.8 DIAGRAMA DE FLUJO EFECTIVO DEL CASO B. ... 110

FIGURA 4.9 DIAGRAMA DE FLUJO EFECTIVO DEL CASO C ... 112

FIGURA 4.10 GRÁFICA DE BARRAS DE LA PREGUNTA 1 ... 115

FIGURA 4.11 GRÁFICA DE PASTEL DE LA PREGUNTA 1 ... 115

FIGURA 4.12 GRÁFICA DE BARRAS DE LA PREGUNTA 2 ... 116

FIGURA 4.13 GRÁFICA DE PASTEL DE LA PREGUNTA 2 ... 116

FIGURA 4.14 GRÁFICA DE BARRAS DE LA PREGUNTA 3 ... 117

1

INTRODUCCION

Actualmente las cuestiones ambientales y las económicas provén un impulso al desarrollo eficiente como sustentable de vehículos eléctricos para el transporte urbano.

Los vehículos de pasajeros constituyen una parte integral de nuestra vida diaria, además las emisiones de gases de los motores de los vehículos de combustión interna son la mayor fuente de contaminación que causa el efecto invernadero el cual conduce al calentamiento global.

El incremento de automóviles en cada año solo incrementa los niveles de contaminación. Una opción a ello es utilizar un motor eléctrico, la emisión debido a la generación de energía eléctrica es mucho más fácil de regular que las que emanan de un motor de combustión interna.

Además la energía eléctrica puede ser generada usando fuentes renovables tales como agua, viento, energía solar. Los vehículos eléctricos habilitados por un motor eléctrico controlados y propulsados por energías alternativas, provén los medios para un limpio y eficiente sistema de transporte urbano.

2

CAPITULO 1

3

1.1 Antecedentes

Previo a el año 1830, el transporte era a través de máquinas de vapor ya que las leyes de la inducción electromagnética y por consecuente los motores eléctricos como generadores todavía no habían sido descubiertos, fue hasta el año de 1831 que fueron descubiertas las leyes de la inducción electromagnética que permitieron el desarrollo de los motores eléctricos y generadores que serían esenciales para el transporte eléctrico. Lo siguiente es un resumen de la historia de los vehículos eléctricos desde el año 1830 hasta 1990. (Husain, 2011)

 1830 – Transportes propulsados por máquinas de vapor

 1831 – Ley de Faraday e invención del motor de CD

 1834 – Vehículo eléctrico con batería no recargable usado en un corto

trayecto.

 1851 – Vehículo eléctrico no recargable de 19mi/h

 1874 –Vehículo eléctrico de batería

 1885 – Vehículo de 3 ruedas de gasolina

 1900: 4200 automóviles vendidos

40% Propulsado por vapor. 38% Propulsado por electricidad. 22% Propulsado por gasolina.

 1920 – Desaparece el vehículo eléctrico y el motor de combustión interna se

vuelve predominante.

 1960 – El vehículo eléctrico resurge en 1960 debido a la contaminación

causada por el vehículo de combustión interna.

 1970 – El vehículo eléctrico nuevamentecompite con el vehículo de

combustión interna y crece su demanda.

 1980 a 1990 – El desarrollo de la electrónica permite un mejor control para el

4

1.2 Vehículo eléctrico

Un vehículo eléctrico es un medio de transporte,en donde el suministro de energía para la tracción del vehículo, espor medio de unabatería y en dondela tracciónesa partirde un motor eléctrico. (Husain, 2011)

1.2.1 Clasificación de los vehículos eléctricos

La clasificación de los vehículos eléctricos se dadaconforme a las formas en que la batería puede adquirir carga, que es como sigue:

Figura 1.1 Esquema de los distintos tipos de vehículos eléctricos. Recuperada

de:https://www.endesavehiculoelectrico.com/vehiculo-electrico/el-vehiculo/tipos/

 Vehículos totalmente eléctricos (EV)

5

 Vehículo Híbrido Eléctrico (HEV)

Son aquellos vehículos que usan solo como fuente de suministro elcombustible y no permite la carga de la batería mediante una fuente externa de electricidad (cómo lo es una estación de carga para vehículos). La batería se puede cargar mediante el motor de gasolina usando la maquina eléctrica como generador (designado como ICE, ver figura 1.1) y mediante el frenadoregenerativo. El frenado regenerativo obtiene la energía cinética para cargar las baterías cuando el conductor presiona el freno. Este vehículotambién se indica en la figura 1.1. (Husain, 2011)

 Vehículo Híbrido Eléctrico Enchufable (PHEV)

Son los vehículos eléctricos que combinan un motor de combustión interna (MCI), una batería y un motor eléctrico. Co-habitan dos fuentes exteriores de energías una que proviene del combustible que permiten mover el motor de combustión interna, y otra de la electricidad suministrada por una estación de cargaque permite cargar la batería. De igual manera se indica en la figura 1.1. (Husain, 2011)

Según Husáin, 2011 las baterías se pueden cargar mediante:

 Motor de gasolina.

 Freno regenerativo (utiliza la energía cinética almacenada).

 Conectado el vehículo a una estación de carga.

1.3 Funcionamiento del vehículo eléctrico

6

batería es la fuente que convierte la energía química a energía eléctrica. (Husain, 2011)

Un componente fundamental para el movimiento, es la transmisión del vehículo, está se utiliza para la transferencia de potencia mecánica del motor a las llantas. La entrega de energía en un vehículo comienza en la fuente de energía y eventualmente termina en las llantas, con la entrega de una potencia para la propulsión del vehículo.El medio en donde están los diferentes elementos que permiten la transferencia de energía y potencia, desde la fuente de energía a las llantas se conoce como tren motriz del vehículo. (Husain, 2011)

Los componentes del tren motriz de un vehículo eléctrico se muestran en la figura 1.2, las líneas delgadas representan una interfaz eléctrica en tanto que las líneas gruesas representan una interfaz mecánica:

Figura 1.2 Tren motriz de un vehículo eléctrico. Husain I. (2011). Electric and Hybrid Vehicles.

7

En un vehículo eléctrico híbrido, lasconfiguraciones de su tren motriz son variadas. Unaconfiguración genérica se muestra en la figura 1.3:

Figura 1.3 Tren motriz de un vehículo híbridoHusain I. (2011). Electric and HybridVehicles.

La única fuente de energía dentro del vehículo es el combustible almacenado que es utilizado por el motor de combustión interna.(Husain, 2011)

En un vehículo eléctrico híbrido enchufable, la configuración de su tren motriz es similar excepto que en este tipo de vehículos es posible recargar las baterías con una estación de carga. (Husain, 2011)

8

1.4 Estaciones de carga

Unaestación de carga eléctrica, también llamada electrolinera, es un equipo que provee energía eléctrica para la carga de las baterías de los vehículos eléctricos, y los vehículos híbridos enchufables. Está se muestraen la figura 1.4. (Una estación de

carga, “Electrolineratérmino adecuado“, s.f, párrafo. 1.)

Existen multitud de dispositivos de recarga para los vehículos eléctricos. Éstos se

diferencian entre sí por: (Existen multitud“Recarga del Vehículo eléctrico “, s.f,

párrafo. 1.)

 La potencia.

 Cantidad de información que intercambia con el vehículo que carga.

 Conector físico que debe encajar en el vehículo eléctrico

Figura 1.4 Estación de carga para las baterías de vehículos eléctricos. Recuperada de:

9

1.4.2 Niveles de carga

El nivel de carga es una medida que se toma en relación con el voltaje y a la corriente a la que se puede conectar una batería. Los niveles de carga varían según la marca y el modelo del vehículo. Definidos por la SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices)J1772 los niveles de carga en CA (corriente alterna)son los

siguientes:(Niveles de carga, “Estándar SAE en el conector de carga EV aprobado “,

s.f, párrafo. 10.)

AC Nivel 1: 120 V, 1 fase, hasta 16 A

AC Nivel 2: 240 V, 1 fase, hasta 80 A

1.4.3 Modos de carga y conector estándar norteamericano

Los modos de carga tienen que ver con el nivel de comunicación entre el vehículo eléctrico, la infraestructura de carga, y el control que se puede tener del proceso de carga, para programarla, ver suestado, pararla o reanudarla. De acuerdo con la IEC-61851-1 tenemos los siguientes modos (Ibáñez, 2012):

 Modo 1:

Sin comunicación con la red.

 Modo 2:

Grado bajo de comunicación con la red. El cable cuenta con un dispositivo intermedio de control piloto que sirve para verificar la correcta conexión del vehículo a la red de recarga.

 Modo 3:

10

 Modo 4:

Grado elevado de comunicación con la red. Hay un convertidor de corriente continua.

Los modos de carga se pueden observar en la figura 1.5.

Figura 1.5 Ilustración de los diferentes modos de carga. Recuperada de:

http://www.motor3punto0.com/guia-de-coches-electricos-iv-los-modos-de-recarga/

11

El conector específico norteamericano es el SAEJ1772:

También se conoce como Yazaki. Se puede ver en la figura 1.6. Es un estándar norteamericano, y es específico para vehículos eléctricos. Mide 43 mm de diámetro. Tiene cinco bornes, los dos de corriente, el de tierra, y dos complementarios, de detección de proximidad (esto es para que el coche no se puede mover mientras esté enchufado) y de control (comunicación con el vehículo eléctrico). (Ibáñez , 2012)

12

CAPITULO 2

13

2.1 Definiciones requeridas para la aplicación de la norma

oficial mexicana -001-sede-2012

La sección 100 contiene las definiciones esenciales que se usan en la Norma Oficial Mexicana (NOM-001-SEDE-2012)para su correcta utilización. Algunas de estas definiciones se usan también en la tesis.

2.2 Requisitos de las instalaciones eléctricas

ARTICULO 110

El artículo contiene los requisitos generales para la inspección, aprobación, instalación, uso, acceso a espacios alrededor delos conductores y equipos eléctricos; envolventes destinados al ingreso de personal e instalaciones eléctricas.

2.3 Uso e identificación de los conductores puestos a tierra

ARTICULO 200

El artículo establece los requisitos de la identificación de terminales, conductores de puesta a tierra del sistema de alambrado de edificaciones y conductores puestos a tierra.

2.4 Circuitos derivados

ARTICULO 210

De acuerdo ala sección (210-19) indica el cálculo dela ampacidad del conductor del circuito derivado, se hace uso de este para calcular la ampacidad del conductor de los circuitos que deriven de la implementación de estaciones de carga en el estacionamiento de la ESIME Zacatenco (Edificio 2).

14

2.5 Alimentadores

ARTICULO 215

El artículo cubre los requisitos de instalación, de protección contra sobre corriente, de la ampacidad y tamaño mínimo de los conductores, de los alimentadores que suministran energía de cada uno de los circuitos derivados.

La sección (215-2) establece que los conductores de los alimentadores deben de tener una ampacidad no menor que la necesaria para suministrar energía a las cargas calculadas, se debe tener una ampacidad permisible no menor a la carga continua,más el 125 por ciento de la carga continua.

También se hace mención de la sección (215-3) el cual habla de la protección de los alimentadores que deberán estar protegidos contra sobre corriente de acuerdo al número de alimentadores que se tengan. Se indica la capacidad nominal del dispositivo contra sobre corriente no debe ser menor a la carga continua, más el 125 por ciento de la carga continua.

2.6 Calculo de los circuitos derivados, alimentadores y

acometidas.

ARTICULO 220

El artículo cubre los requisitos para calcular las cargas de los circuitos derivados, de los alimentadores y de acometidas.

2.7 Protección contra sobre corriente

ARTICULO 240

15

2.8 Puesta a tierra y unión

ARTICULO 250

El artículo cubre los requisitos para la puesta a tierra, unión de instalaciones eléctricas y los requisitos específicos en:

a) Sistema, circuitos y equipos en los que se exige, se permite o no se permite que estén puestos a tierra.

b) El conductor del circuito que debe ser puesto a tierra en sistemas puestos a tierra.

c) Ubicación de las conexiones de puesta a tierra.

d) Tipos y tamaños de los conductores de unión, de puesta a tierra y electrodos de puesta a tierra.

e) Métodos de puesta a tierra y unión.

d) Condiciones bajo las cuales los protectores, la separación o el aislamiento eléctrico pueden ser sustituidos por la puesta a tierra.

De la sección (250-122) se selecciona el tamaño de los conductores de puesta a tierra de los equipos que se tengan del proyecto, haciendo uso de la Tabla 250-122 se especificaran el tipo de conductor necesario.

2.9 Métodos de alambrado

ARTICULO 300

16

De la sección (240-6) se puede obtener las capacidades estandarizadas de fusibles e interruptores que sean necesarios en el proyecto para la protección contra sobre corriente.

2.10 Conductores para el alambrado general

ARTICULO 310

El artículo establece los requisitos generales de los conductores y de sus denominaciones de tipo, aislamiento, marcado, resistencia mecánica, ampacidad y usos.

En la sección (310-15) se habla de las ampacidadesde los conductores de 0-2000 volts.

De la Tabla (310-15(b) (2) (a)), se elige un factor para hacer una corrección de la ampacidad por temperatura que de acuerdo a está, en la del circuito derivado yen la del alimentador se elige el tipo de tamaño del conductor que soporte ciertaampacidad;este es un punto importante cuando se corrija por temperatura el conductor del circuito derivado y del alimentador.

La tabla 310-15(b) (16) se utiliza para elegir los tamaños de los cables derivados de las ampacidades del circuito derivado y del alimentador.

2.11 Tuboconduit rígido metálico (RMC)

ARTICULO 344

El artículo trata del uso, instalación y especificaciones de construcción para el tubo conduit metálico pesado (RMC) y accesorios asociados.

2.12 Equipos para carga de vehículos eléctricos

ARTICULO 625

17

medio conductivo o inductivo, y a la instalación de los equipos y los dispositivos relacionados con la carga de vehículos eléctricos.

2.13 Normas y lineamientos adicionales a la norma oficial

mexicana-sede -2012

Adicionalmente se hace uso del procedimiento para la conformidad de la NORMA

Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones Eléctricas (utilización), que marca los requisitos para la verificación de las instalaciones eléctricas.

Se hace uso de la NOM-J-136-2007que describe las abreviaturas, símbolos,

números utilizados en planos y diagramas.

También se utiliza la Norma Oficial Mexicana NOM-008-SCFI-2002 Sistema General

de Unidades de Medida.

Se utiliza algunos conceptos del SAE (Sociedad de ingenieros de automoción).

18

CAPITULO 3

19

3.1 Equipo utilizadoen el cálculo de la instalación que está

instalado en la subestación.

Para empezar hacer los cálculos del equipo y material eléctrico necesario para la instalación de lasestaciones de carga, primero se revisan los datos de equipos existentes con la finalidad de obtener información, para verificar la carga que puede ser instalada así como la tensión y corrientes nominales que se pueden manejar. La subestación del edificio 2 de ESIME unidad Zacatenco, es donde se encuentran los diferentes equipos eléctricos instalados que a continuación se indican. No se revisan por completo todos los equipos eléctricos instalados, solo se revisaran aquellos que son fundamentales e intervienen en la instalación de las estaciones de carga.

 Transformador de distribución trifásico.

20

Tabla 3.1 Características técnicas del transformador utilizado Capacidad

(KVA) 225

Tensión nominal

(MT) 23000Y/6000Y

Tensión nominal

(BT) 220Y/127V

Corriente

nominal (MT) 5.65/21.65A

Corriente

nominal (BT) 590.47A

Porciento de

impedancia 4%

 Tablero general de la subestación

21

Tabla 3.2 Características técnicas del tablero de distribución utilizado

No. De circuitos c/ interruptor principaltrifásicos

18 circuitos

*Nota: 16 circuitos trifásicos en utilización 2 circuitos trifásicos sin utilización. Capacidad del

interruptor

principal 800A

Dimensiones 86-42-9(altura ,grueso ,ancho)Plg

Peso 120kg

Capacidad

máxima derivada Los interruptores pueden llegar a manejar hasta 600A

 Interruptores termo magnéticos trifásicos que contiene el tablero

22

Tabla 3.3 Características de los interruptores que contiene el tablero

Tensión de diseño VCA 600V

No. De polos 3

 Adicionalmente el tablero principal de la subestación cuenta con un medidor

digital, que muestra principalmente las mediciones de tensión, corriente y potencias que entrega el sistema.

Figura 3.4 Medidor digital instalado en el tablero general. Recuperado de http://www.electropersa.com.mx/pdf/I-LINE.pdf

3.2 Comportamiento de los parámetros del sistema.

23

Tabla 3.4 Valores de tensiones en el sistema a distintas horas. Tensiones

(V) FASE A-B FASE B-C FASE C-A

21 DE ABRIL

10:00AM 228 227 232

3:00PM 225 226 226

7:00PM 232 232 232

22 DE ABRIL

10:00AM 223 223 222

3:00PM 223 223 223

7:00PM 225 225 226

23 DE ABRIL

10:00AM 224 224 223

3:00PM 222 221 221

7:00PM 225 225 224

Figura 3.5 Gráfico de las distintas tensiones.

Los datos obtenidos de las fases en el sistema nos indican que se mantiene en un intervalo mínimo de 221 volts a un máximo de 228 volts.

228 ₂₂₅ 232 _{223 223 225 224}

222 225 227 232 226 226 232 232 _{223 222 223 223} 225 226 224 _{223 221 221} 225 224

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

TENSIONES

24

Tabla 3.5 Valores de corriente en cada fase del sistema trifásico a distintas horas

Figura 3.6 Gráfico de las distintas corrientes en cada fase.

Se tiene un sistema trifásico estrella del lado de baja tensión del transformador, en el medidor digital se nos indica que existe corriente en el neutro, por lo que se deduce que están desbalanceadas las fases.

Corrientes

(A) FASE A FASE B FASE C Neutro

21 DE ABRIL

10:00AM 176 176 131 74

3:00PM 145 158 127 55

7:00PM 159 170 137 60

22 DE ABRIL

10:00AM 167 201 134 75

3:00PM 137 152 111 51

7:00PM 162 168 140 53

23 DE ABRIL

10:00AM 170 176 127 58

3:00PM 148 164 124 55

7:00PM 149 163 119 55

176 145 159 167 137 162 170 148 149 176 158 170 201 152

168 176 _{164 163}

131 ₁₂₇ 137 134

111 140 127 ₁₂₄ 119 74 55 60 75

51 53 58 55 55

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

CORRIENTES EN CADA FASE

25

Tabla 3.6 Valores de potencia real, reactiva y aparente en el sistema trifásico a distintas horas.

Potencias

Totales real (kW) Potencia

Potencia reactiva (kVar) Potencia aparente (kVA) 21 DE ABRIL

10:00AM 50 16 53

3:00PM 52 16 54

7:00PM 59 16 61

22 DE ABRIL

10:00AM 62 17 63

3:00PM 52 15 55

7:00PM 62 16 64

23 DE ABRIL

10:00AM 56 16 55

3:00PM 51 16 55

7:00PM 53 15 56

Figura 3.7 Gráfico de las potencias real, reactiva, aparente.

De acuerdo a los datos obtenidos en la figura 3.7 se tiene que la potencia real máxima es de 62 kW.

50 52 59 62 52 62 56 51 53

16 16 16 17 15 16 16 16 15

53 54

61 63

55

64

55 55 56

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS TOTALES

26

Tabla 3.7 Valores de potencia real en el sistema a distintas horas.

Potencias reales en

fases (kW) FASE A FASE B FASE C

21 DE ABRIL

10:00AM 19 18 13

3:00PM 17 19 15

7:00PM 21 21 17

22 DE ABRIL

10:00AM 21 23 17

3:00PM 18 20 14

7:00PM 21 21 17

23 DE ABRIL

10:00AM 22 21 16

3:00PM 20 19 15

7:00PM 19 20 14

Figura 3.8 Gráfico de las distintas potencias reales en cada fase.

En la figura 3.8 se tiene que la máxima potencia real en la fase A fue de 22 kW, en la fase B fue de 23 kW y en la fase C fue de 17 kW.

19 17 21 21 18 21 22 20 19 18 19 21 23

20 21 21

19 20 13 15 17 17 14 17 16 15 14

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS REALES EN FASES

27

Tabla 3.8 Valores de potencias reactivas en el sistema a distintas horas. Potencias

reactivas en fases

(kVar)

FASE A FASE B FASE C

21 DE ABRIL

10:00AM 4 8 5

3:00PM 4 7 5

7:00PM 4 7 5

22 DE ABRIL

10:00AM 4 8 5

3:00PM 4 6 5

7:00PM 4 6 5

23 DE ABRIL

10:00AM 4 8 5

3:00PM 4 7 5

7:00PM 4 7 5

Figura 3.9 Gráfico de las distintas potencias reactivas.

Se mantiene constante la potencia reactiva en la fase A que es de 4 kVAR, en B se tiene una máxima de 8 kVAR y en C se mantiene un valor de 5 kVAR.

4 4 4 4 4 4 4 4 4

8 7 7 8 6 6 8 7 7

5 5 5 5 5 5 5 5 5

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS REACTIVAS EN

CADA FASE

28

Tabla 3.9 Valores de potencias aparentes en el sistema a distintas horas. Potencias

aparentes en fases

(kVA)

FASE A FASE B FASE C

21 DE ABRIL

10:00AM 20 20 14

3:00PM 20 20 17

7:00PM 21 22 18

22 DE ABRIL

10:00AM 21 24 18

3:00PM 19 21 16

7:00PM 22 23 18

23 DE ABRIL

10:00AM 22 22 17

3:00PM 17 21 15

7:00PM 20 21 16

Figura 3.10 Gráfico de las distintas potencias aparentes.

De acuerdo a la figura 3.10 se tiene que para la fase A se tiene una máxima de 22 kVA, en B 24 kVA, y por último en C 18 kVA , por lo que se deduce que la última fase es la menos demandada comparando valores de la columna C con las dos primeras columnas.

20 20 21 21

19 22 22 17 20 20 20 22 24 21 23 22 21 21 14

17 18 18

16

18

17

15 16

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS APARENTES

29

Tabla 3.10 Valores de potencias reales ultima, anterior y pico.

Potencias

reales (kW) actualdemandada Potencia Real

Potencia Real Anterior demandada Potencia Real Pico demandada 21 DE ABRIL

10:00AM 51 49 77

3:00PM 55 55 77

7:00PM 60 59 77

22 DE ABRIL

10:00AM 61 61 77

3:00PM 52 51 77

7:00PM 59 60 77

23 DE ABRIL

10:00AM 58 61 77

3:00PM 53 57 77

7:00PM 53 54 77

Figura 3.11 Gráfico de las distintas potencias reales ultima, anterior y pico.

En la figura 3.11 se tiene que el valor pico demandado es de 77 kW máximos que ha registrado el medidor digital.

51 55 60 61 52 59 58 53 53 49 55 59 61 51 60 61 57 54

77 77 77 77 77 77 77 77 77

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS REALES

Potencia Real ultima demandada Potencia Real Anterior demandada

30

Tabla 3.11 Valores de potencias reactivas ultima, anterior y pico.

Potencias reactiva (kVar) Potencia Reactiva actual demandada Potencia Reactiva Anterior demandada Potencia Reactiva Pico demandada 21 DE ABRIL

10:00AM 13 13 17

3:00PM 13 13 17

7:00PM 13 14 17

22 DE ABRIL

10:00AM 14 13 17

3:00PM 13 13 17

7:00PM 13 13 17

23 DE ABRIL

10:00AM 14 13 17

3:00PM 14 13 17

7:00PM 13 13 17

Figura 3.12 Gráfico de las distintas potencias reactivas último, anterior y pico.

De acuerdo a la figura 3.12 se maneja una potencia reactiva pico máxima de 17 kVar, en comparación con la anterior y ultima demandada que se mantuvieron a un margen entre 13 y 14 kVar.

13 13 13 13 13 14 14 13 13 13 13 13 14 13 14 13 13 13

17 17 17 17 17 17 17 17 17

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS REACTIVAS

Potencia Reactiva ultima demandada

Potencia Reactiva Anterior demandada

31

Tabla 3.12 Valores de potencias aparentes última, anterior, pico.

Potencias aparente (kVA) Potencia Aparente actual demandada Potencia Aparente Anterior demandada Potencia Aparente Pico demandada 21 DE ABRIL

10:00AM 54 53 78

3:00PM 57 58 78

7:00PM 62 62 78

22 DE ABRIL

10:00AM 64 76 78

3:00PM 54 53 78

7:00PM 61 62 78

23 DE ABRIL

10:00AM 60 62 78

3:00PM 56 59 78

7:00PM 55 55 78

Figura 3.13 Gráfico de las distintas potencias aparentes ultima, anterior, y pico.

. 54 57 62 64 54 61 60 56 55 53 58 62 76 53 62 62 59 55

78 78 78 78 78 78 78 78 78

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS APARENTE

Potencia Aparente ultima demandada Potencia Aparente Anterior demandada

32

33

3.3 Planeación de la instalación

34

35

Primerose muestrael croquis del lugar donde se hará ubicara la instalación tal como muestra la figura 3.14 en donde también se pueden ver los siguientes elementos, las acotaciones están en metros(m):

 Registros con la siguiente nomenclatura (RGT-2, RGT-3, RGT-4, RGT-5,

RGT-6, RGT-7, RGT-8, RGT-9, RGT-10, RGT-11)

 Centro de carga (EC)

 Estaciones de carga (C1, C2, C3).

 La subestación que se encuentra en el edificio 2 (S.E).

Y en la figura 3.15, se puede ver la zona que está planeada para la instalación.

Figura 3.16 Diagrama de planta de la subestación.

SECCIONADOR BATERIAS E QU IPO DE E M ER GEN CI A (SG-1R) (TG-1N) BATERIAS 0,8 1,8 1,6 0,8 0,3 1 0,0 5 0,1 0,7 0,7 0,4 1,08 0,05

0,72 0,53 0,47

1,3 1,5 1,0 5 0,4 8 0,6 2 A B C E

VISTA DE PLANTA

UPS-01 80 kVA TR-01 225 kVA

36

Después se muestra un diagrama de planta en la figura 3.16, en esta figura se puede ver la zona donde estará parte de la instalación (Que es el tubo que pasa por el tablero general TG-1N y el registro), también se muestran algunos de los elementos por los que están conformados la subestación.

En el diagrama frontal de la figura 3.17se muestra la misma zonadesde otro ángulo.

Figura 3.17 Diagrama frontal de una parte de la subestación.

En cálculos que se harán posteriormente será necesario subdividir la instalación enalgunos tramos que se indican acontinuación:

Tubos que lleva los conductores de alimentacion y puesta a tierra.

DSQUARE-D TIPO T-LINE

(TG-1N)

1,47 1,43

3,45

1,13 0,1

0,8 0,2

0,9 0,52 4,63

2,46

UPS

37

38

La primera parte del tramo 1 se indica en la figura 3.18, esta parte del tramo mide aproximadamente 135.37m

Para determinar la longitud de la segunda parte del tramo1que está dentro de la subestación, debemos ver la vista de planta y la frontal, esto se muestra en la nube de la figura 3.18.En la vista de planta las longitudes indicadas con líneas punteadas, formaran parte de la segunda parte del tramo 1, la suma de estas longitudes es 7.26m.En la vista frontal, tenemos las longitudes indicadas con tenues líneas y también formaran parte de la segunda parte del tramo 1, la suma de estas dos longitudes es 3.20m.La longitud total de la segunda parte del tramo 1 que está dentro de la subestación es la suma de 7.26m+3.20m=10.40m.

Finalmente la longitud de la primera y segunda parte del tramo 1, es la suma de 10.40m+135.37m=145.77m. Está longitud abarca todo el trayecto desde el tablero general (TG-1N) hasta el centro de cargapara las estaciones de carga (EC).

39

Figura 3.19 Segundo tramo de la instalación

ESTA

CIONAMI

ENTO

IL

LO

CHEC ADO

R

PLANTA BAJA EDIFICIO 2 C1 C2 C3 RGT-3 RGT-4 RGT-7 RGT-8 RGT-9 RGT-10 RGT-11

CENTRO DE CARGA EC

40

El tramo 3 de la instalación va del dentro de carga (EC) a la estación de carga (C2).La distancia es 12.83 m, se indica en la figura 3.20.

Figura 3.20 Tercer tramo de la instalación

ESTACIONAMIE

NTO

PLANTA BAJA EDIFICIO 2 C1 C2 C3 RGT-3 RGT-4 RGT-7 RGT-8 RGT-9 RGT-10 RGT-11

CENTRO DE CARGA EC

41

El tramo 4 de la instalación va del centro de carga (EC) a la estación de carga (C3). La distancia es de 15.33 m, indica en la figura 3.21.

Figura 3.21 Cuarto tramo de la instalación

ESTACIONAMIE

NTO

PLANTA BAJA EDIFICIO 2 C1 C2 C3 RGT-3 RGT-4 RGT-7 RGT-8 RGT-9 RGT-10 RGT-11

CENTRO DE CARGA EC

42

Las longitudes de los diferentes tramos se pueden resumir en la siguiente tabla:

Tabla 3.13 Tramos en que se subdivide la instalación. TRAMO LONGITUD(m)

1 145.77

2 10.33

3 12.83

4 15.33

Un diagrama esquemático de la instalación y sus tramos se puede observar en la figura 3.22.

43

3.4 Calculo de la instalación.

Para los cálculos del equipo y material que se ocupara para la realización de la instalación eléctrica de las estaciones de carga, seaplicara la Norma Oficial Mexicana-001-SEDE-2012.

Tabla 3.14 Características técnicas de la estación de recarga.

Cumple requisitos SAE Nivel 2 por J1772

Interfaz del vehículo SAE J1772 EV conector

Longitud del cable 20´ de cable

Potencia de salida de carga AC 7.2kW(240VAC @ 30A)

Voltaje y Corriente 208-240VAC@30A

Servicio de panel de control recomendado

Pared, Un solo pedestal: Interruptor de 2-polos de 40A en circuito

específico.

Doble pedestal: Interruptor de 2-polos de 40A en circuito especifico

Protección de falla a tierra

Interna de 20mA CCID con auto re cierre, no requiere GFCI (interruptor de circuito de falla a tierra) en el panel

de servicio.

Potencia en modo de espera Tipo 5W

Primeramente se verifica la potencia de la estación de carga, las características técnicas de la estaciones de carga pueden verse en la tabla 3.14.Como se utilizaran 3 estaciones de carga la potencia total de estas será de 7.2kW x 3=21.6kW. (En este caso se considerara la potencia activa igual a la aparente). Considerando un factor de potencia de 1.

44

Figura 3.23 Gráfico de las distintas potencias aparentes ultima, anterior y pico demandada.

De acuerdo a la gráfica 3.23 tenemos que el valor de potencia aparente pico demandada del sistema es de 78 kVA para una capacidad del transformador de 225 kVA por lo que el factor de utilización es:

FU % =_{POTENCIA DISPONIBLE x} POTENCIA UTILIZADA = kVA _kVA = . %

Tenemos que el transformador se encuentra a un 34.6 % de su capacidad, por lo que la instalación de la estaciones de carga en el estacionamiento de la ESIMEunidad Zacatenco edificio 2 se puede realizar sin problema alguno.

Las estaciones de carga se conectaran en un arreglo estrella-delta, tomando dos fases del devanado secundario del trasformador para conectar cada estación de carga. Un diagrama básico de esta conexión se ve en la figura 3.24.

54 57

62 64

54

61 60

56 55

53 58

62

76

53

62 62 ₅₉

55

78 78 78 78 78 78 78 78 78

1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 1 0 : 0 0 A M 3 : 0 0 P M 7 : 0 0 P M 2 1 D E A B R I L 2 2 D E A B R I L 2 3 D E A B R I L

POTENCIAS APARENTES

Potencia Aparente ultima demandada Potencia Aparente Anterior demandada

45

Figura 3.24 Conexión estrella delta.

En este diagrama se tiene la siguiente nomenclatura:

C1, C2, C3 =Son las estaciones de carga. L1, L2, L3= Son las fases de alimentación.

La tabla 3.15 indica cómo están conectadas las estaciones de carga:

Tabla 3.15 Conexión de las estaciones de carga

Estación de carga Fases conectadas a la estación de _carga

C1 L1 Y L2

C2 L2 Y L3

C3 L3 Y L1

Un diagrama práctico de cómo está constituida la instalación está en la figura 3.25.

C1

C2

C3

L3

L2

L1

ALIMENTACION TRIFASICA 220 V

46

47

Un diagrama que muestra cómo está conformada la instalación eléctrica y sus conexiones se muestra en la figura 3.26 y en la 3.27 se muestra su simbología.

Figura 3.26 Diagrama trifilar de la instalación CTO 4 CTO 5 CTO 7 CTO 9 CTO 6 CTO 8 CTO 10 CTO 12 CTO 11

TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION

INTERRUPTOR PRINCIPAL TRIFASICO

INTERRUPTOR TRIFASICO USADO PARA LA INSTALACION (NO SIENDO EL UNICO QUE HAY EN EL TABLERO)

TABLERO GENERAL

CONDUCTORES

INTERRUPTORES BIFASICOS CENTRO DE CARGA

CONDUCTORES

FUSIBLE DE LA ESTACION DE CARGA TRAMO 1 TRAMO 2 TRAMO 3

C1 C2 C3

40 A 40 A 40 A 40 A 40 A 40 A

17 CIRCUITOS TRIFASICOS

X1 X2

X3

CTO 1

CTO 3

CTO 2 F1 F2 F3

TRAMO

4

48

Figura 3.27 Simbología utilizada en el diagrama trifilar SIMBOLOGIA

TRANSFORMADOR TRIFASICO FUSIBLE

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO TABLERO ELECTRICO C

ESTACIONES DE CARGA

49

Ahora se procede a calcular los componentes de la instalación, conforme a los siguientes pasos:

1.-Deacuerdo a la ficha técnica de la estación de carga, se tendrá una potencia en

kilowatts (kW) de 7.2. La corriente a la cual funcionara el equipo es de 30A, y por recomendaciones será la corriente a la cual se calcularan las ampacidades.

El voltaje de alimentación que se mide en volts (V) es de220V.

A la corriente en ampers (A) consumida por el equipo por simplicidad se llamara corriente de fase, esta corriente se indica en la figura 3.28, de acuerdo al arreglo,también circulara una corriente por los alimentadores diferente a la de fase a esta corriente se le llamara corriente de línea, se calculara con la siguiente formula:

Ilìnea = . x Ifase

Ifase = A

50

Figura 3.28 Corrientes de línea y de fase

C3

L1 L2

L3

ALIMENTACION TRIFASICA 220 V CARGA A 220 V

CORRIENTE DE LINEA

CORRIENTE DE FASE

CORRIENTE DE LINEA

CORRIENTE DE FASE

C1 C2

F1 F2 F3

C1 C2 C3

40 A 40 A 40 A 40 A 40 A 40 A

17 CIRCUITOS TRIFASICOS

51

2-Calculo de la ampacidad de los conductores deacuerdo a la subsección de la

norma (210-19). Respecto a las corrientes que circulan de fase y de línea se calcula la ampacidad para dimensionarlos conductores que portan estas corrientes .Conforme a la norma para obtener la ampacidad se multiplica la cantidad de 1.25 por la corriente de fase o línea.

 Calculo para la ampacidaddel conductor por el cual pasa la corriente de fase(o

que está conectado entre las fases de suministro):

Ampacidad del conductor por el que Circula la corriente de fase = . x A

= . A

 Calculo de la ampacidad del alimentador o conductor por el que circula la

corriente de línea:

Ampacidad del conductor de por el que circula la corriente de línea = . x . A

= . A

3-Factor de corrección por temperatura:

De acuerdo a la elección de un conductor que sea seleccionado en la tabla 310-15(b) (2) (a) y tomando como base una temperatura ambiente de 26-30°C el factor de corrección considerando un conductor cuya temperatura sea de 60°,75° o 90° , es de 1 para todas ellas .

4-Factor de ajuste por agrupación.

Debido al número de conductores que hay en el tramo 1,en el cual hay 4 conductores se aplica un factor por corrección de agrupamiento de la tabla 310-15(b) (3) (a) de la norma, el factor de ajuste para 4 conductores, esde 80%.

5-Calculo de la ampacidad por factores de corrección. La ampacidad puede

52

 Factor total de degradación=

Factor de corrección por temperatura x Factor de ajuste por agrupación

 Valor mínimo de ampacidad de tabla=

Corriente de carga alimentada Factor total de degradación x .

Para el tramo 1 de la instalación:

Factor total de degradación = x . = .

Valor mínimo de ampacidad de tabla = . A

. x . = . A

6-Ahora se procede a seleccionar el tamaño adecuado del conductor.

De la corriente nominal de 51.96A de línea, para la ampacidad máxima de 81.19A de

acuerdo a la tabla 310-15(b) (16), se elige un cable TWcuya máxima ampacidad

permisible es de 85A y de tamaño3AWG (26.7mm2_{) a 60°. Dado que este tipo de}

cable es un tanto difícil de conseguir actualmente se opta por elegir uno a 75°C, cuya

ampacidades de 85A y de tamaño4AWG (21.2 mm2) a 75° THHW-LS.

Se verifica la degradación de la ampacidadcon el conductor 4AWG:

 _{Degradación de ampacidad del conductor =}

Valor de ampacidad de tabla x Factor de degradación

Degradación de ampacidad del conductor por el cual pasa la corriente de linea

= A x . = A

Lo cual es mayor a la ampacidad que primero se calculó en el paso 2 que fue de 64.95 A así que el conductor no corre peligro de quemarse.

Para la corriente de fase igual a 30 A cuya ampacidad es de 37.5 A se selecciona un

53

Ya que este cable tiene una ampacidad de hasta 50A y la ampacidadcalculada en el paso 2 de 37.5es menor y el conductor no corre peligro de quemarse.

7- Protección contra sobre corriente para los conductores, conforme a la

sección(210-20), la capacidad nominal del dispositivo de sobre corriente se calcula multiplicando un factor de 1.25 ya sea la corriente de fase olínea.

 _{Capacidad nominal de las protecciones para los conductores entre las terminales}

de la carga o conductores de fase = . x A = . A

De la sección (240-6) de la norma la protección que se elige es la inmediata superior

que es la de 40 A. Está protección será un interruptor bifásico que estará dentro del

sub-tablero ubicado en el estacionamiento.

 _{Capacidad nominal de la protección del alimentador = . x . A = . A}

De la subsección (240-6) de la norma, para esta capacidad, la protección inmediata

superior es la de 70A.

8-Elección del tamaño de los conductores de puesta a tierra de los equipos

sección(250-122).

Para la protección de los conductores que alimentan la carga, con respecto a la

protección de 40A se utiliza un conductor 10 AWG(5.26mm2), de Cobre. En base a la

tabla (250-122)

Para la protección del alimentador, con respecto a la protección de 70A se utiliza un

conductor 8 AWG de área (8.37mm2) de Cobre. En base a la tabla (250-122).

9- Espacio para los conductores en una canalización sección (300-17):

Tuboconduitmetálico pesado (RMC)artículo 344.

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10-De acuerdo a las tablas que marca el capítulo 10 se utilizara tubo metálico

(RMC),se procede a calcular el área que ocuparan los conductores en el tubo y se selecciona su tamaño.

El área total para los tubos que serán utilizados desde el tablero general (TG-1N) hasta el centro de carga (EC), llevara 4 conductores ,3 del tamaño 4AWG y 1 del8AWG. Los cálculos del área total de los conductores y que a su vez ocupara el tubo se muestran en la tabla 3.16.La sección del tubo y los conductores se muestra en la figura 3.29. Y en la figura 3.30 se resalta la ubicación de este tubo.

Tabla 3.16 Calculo del tubo metálico RMC del circuito de línea.

Figura 3.29 . Tubo a utilizar desde TG-1N a EC Área de los tubos a utilizar desde TG-1N a EC

3 conductores x 4 AWG 3 x 21.2 mm^2= 63.6 mm^2

1 conductor x 8AWG 1x 8.37mm^2 =8.37 mm^2

Total = 71.97mm2

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Figura 3.30 Longitud abarcada por los tubos.

El área total para los tubos que serán utilizados desde el centro de carga (EC) hasta la estación de carga (C1) abarcan 2 conductores del tamaño 8AWG y10AWG.

El área total para los tubos que serán utilizados desde el centro de carga (EC) hasta la estación de carga (C2) abarcan 2 conductores del tamaño 8AWG y 10AWG.

El área total para los tubos que serán utilizados desde el centro de carga (EC) hasta la estación de carga (C3) abarcan 2 conductores del tamaño 8AWG y 10AWG.

ESTAC

IONAMIENTO

SI LL O CH ECA DO R 22 75 27

PLANTA BAJA EDIFICIO 2

7, 97 C1 C2 C3 RGT-3 RGT-4 RGT-7 RGT-8 RGT-9 RGT-10 RGT-11

CENTRO DE CARGA EC

RGT-2 3 0. 40 TRAMO 1 TRAMO 1 25 25 25 RGT-5 RGT-6 T R AM O 1

56

El cálculo se muestraen la tabla 3.15 y en la figura 3.31 se muestran la sección de estos tubos. En el croquis de la figura 3.32 se resalta la ubicación de estos tubos.

Tabla 3.15.Calculo del tubo metálico RMC del circuito de fase. Tubo correspondiente de

EC a C1 Tubo correspondiente de EC a C2 Tubo correspondiente de EC a C3

2conductores x 8 AWG

2 x 8.37 mm2_{=16.74 mm}2

1 conductor x 10AWG

1x5.26 mm2= 5.26 mm2

2 conductores x 8 AWG

2 x 8.37 mm2_{=16.74 mm}2

1 conductor x 10AWG

1x5.26 mm2= 5.26 mm2

2 conductores x 8 AWG

2 x 8.37 mm2_{=16.74 mm}2

1 conductor x 10AWG

1x5.26 mm2= 5.26 mm2

Total = 22mm2 Total = 22mm2 Total = 22mm2

Corresponde un tubo de

1/2 , 16 métrica Corresponde un tubo de 1/2 , 16 métrica Corresponde un tubo de 1/2 , 16 métrica

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Figura 3.32 Proyección de tubos

ESTAC

IONAMIENTO

CENTRO DE CARGA EC

RGT-2 RGT-5 RGT-6 TU B O QU E V A D E E C A C 2 (LO N G ITU D 1 2.83) TU B O QU E V A D E E C A C 3 (LO N G ITU D 1 5.33)

TODOS LOS TUBOS MARCADOS SON DE 16 METRICA , 1/2 DE PULGADA.

(2 CONDUCTORES DE FASE , 1 PUESTA A TIERRA DE CADA PROYECCION.)

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11- Se procede a calcular las caídas de tensiones de acuerdo los tramos en que se

subdividió la instalación anteriormente (ver planeación de la instalación) y de lo cual se obtuvo la tabla siguiente:

Tabla 3.17 Tramos en que se subdivide la instalación TRAMO LONGITUD(m)

1 145.77

2 10.33

3 12.83

4 15.33

Esto se hace dado que la tensión en las terminales de carga es menor que el voltaje de alimentación, un requisito es que la tensión que llegue al equipo debe ser la necesaria para su funcionamiento,las normas técnicas para instalaciones eléctricas recomiendan que la máxima caída de tensión no exceda del 5%. Para facilitar este cálculo es posible aplicar un criterio técnico que establece que la caída de tensión es significativa solo si la longitud de un tramo continuo es mayor a 100m, siendo la longitud más grande la del tramo 1. Así que podemos hacer un diagrama despreciando la caída de los demás tramos.

Calculo de la caída de tensión. (Primer tramo): Existe una distancia desde el punto de alimentación (TG-1N) hasta el centro de carga (EC) que es de 145.77 metros, de la tabla 9 del capítulo 10 de la norma oficial mexicana se obtienen las resistencia y reactancias de los conductores de acuerdo a un cable del tamaño 3AWG

(26.7mm2).Estas se obtienen en ohms por cada kilómetro así que para calcular una

reactancia total se multiplica por la longitud del conductor en kilómetros

XT = ._{km x .}Ω km = . Ω

RT = . Ω_{km x .} = . Ω

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ZT = RT + XT = . + . i Ω = . CIS . Ω

Entonces tenemos que la caída de tensión para una fase L1, L2 y L3es:

VZ = In x Z_T = . CIS − A x . CIS . V = . CIS − . V

VZ = In x ZT = . CIS − A x . CIS . V = . CIS − . V

VZ = In x ZT = . CIS A x . CIS . V = . CIS . V

Los resultados anteriores se pueden ir moldeando en un circuito eléctrico que represente los resultados anteriores como el de la figura 3.33

Figura 3.33 Circuito equivalente del sistema.

La nomenclatura es como sigue:

VL1-L2, VL2-L3, VL3-L1=Son las tensiones de alimentación con un valor de 220 CIS (0) V, 220CIS (240) V, 220 CIS (120) V respectivamente.

60

VZ1, VZ2, VZ3=Son las caídas de tensión en los alimentadores que forman parte del tramo 1. El número 1, 2,3 corresponde a la línea de la que se esté calculando la caída de tensión.

In1, In2, In3=Es la corriente de línea que pasa por el tramo1 de acuerdo a la línea 1,2 y 3 respectivamente.

ZT =Es la impedancia del tramo.

Deacuerdo a la ley de tensiones de Kirchhoff la sumatoria de estas alrededor de una malla es igual a cero; se suma todas las caídas de tensión alrededor de la malla tomando la consideración que la magnitud de tensión de la fuente de alimentación (tensión entre líneas) es negativa con respecto a todas las demás magnitudes de caídas de tensiones alrededor de la malla que son positivas.Aplicando la ley de tensiones de Kirchhoff a la malla 1 en la figura 3.34 se obtiene:

−VL _L + VZ + VC + VZ =

De esta ecuación se despeja VC1 que es la tensión que llega a la estación de carga1, y se agrupan términos con respecto al voltaje del mismo tramo.

VC = VL _L − VZ − VZ

VC = VL _L − VZ + VZ

Donde los términos entre paréntesis serían:

VZ2+VZ1=Tensión del tramo 1

Sustituyendo valores se encuentra la caída de tensión en la estación de carga 1:

VC = CIS V − . CIS − . V + . CIS − . V = . CIS . V

 Para calcular el porciento de caída de tensión se utiliza la siguiente formula:

61

Dónde:

ef=caída de tensión y Ef= tensión de alimentación

e%= porciento de caída de tensión

e% =_{Ef x}ef = V − _V . Vx = . %

Figura 3.34 Caída de tensión 1.

Similarmente aplicando la ley de tensiones de Kirchhoff a la malla 2 en la figura 3.35 se obtiene:

−VL _L + VZ + VZ =

De esta ecuación se despeja VC1 que es la tensión que llega a la estación de recarga 1 y reagrupando términos.

VC = VL _L − VZ − VZ

62

Donde los términos entre paréntesis serían:

VZ + VZ = Tensión del tramo

Sustituyendo valores se encuentra la caída de tensión en la estación de carga 2:

VC = CIS V − . CIS . V + . CIS − . V

= . CIS − . V

El porciento de caída de tensión es:

e% =_{Ef x}ef = V − _V . Vx = . %

63

Finalmente aplicando la ley de tensiones de Kirchhoff a la malla 3 en la figura 3.36 se obtiene:

−VL _L + VZ + VZ =

De esta ecuación se despeja VC1 que es la tensión que llega a la estación de carga 1 y reagrupando términos se tiene:

VC = VL _L − VZ − VZ

VC = VL _L − VZ + VZ

Donde los términos entre paréntesis serían:

VZ + VZ = Tensión del tramo

Sustituyendo valores se encuentra la caída de tensión en la estación de carga 2:

VC = CIS V − . CIS . V + . CIS − . V

= . CIS . V

El porciento de caída de tensión es:

64

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