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Guía práctica para el cálculo de bancos de baterías y cargadores de baterías.
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PARA SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN ININTERRUMPIDA DE CORRIENTE
CONTINUA
SISTEMAS DE ENERGÍA
GUÍA PRÁCTICADIMENSIONAMIENTO DE BANCOS
Y CARGADORES DE BATERÍA
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Sistemas de Corriente Continua
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Constituyen así un Sistema de Alimentación Ininterrumpida (S.A.I.) sobre el
que deberán determinarse los siguientes parámetros
ŸTensión de alterna disponible (Alimentación del S.A.I.)
ŸTensión nominal del sistema de Corriente Continua
ŸMáxima tensión de Continua admisible en barra
ŸMínima tensión de Continua admisible en barra
ŸAutonomía requerida
ŸCarga en amperes del sistema durante la autonomía
LOS SISTEMAS DE CORRIENTE CONTINUA PRESENTES EN
LAS ESTACIONES Y SUB-ESTACIONES TRANSFORMADORAS
TIENEN POR OBJETO GARANTIZAR LA POSIBILIDAD DE
REALIZAR MANIOBRAS Y MANTENER LA OPERATIVIDAD DE
LAS MISMAS DURANTE UN TIEMPO DETERMINADO EN EL
CASO DE UNA INTERRUPCIÓN EN LA ALIMENTACIÓN DE LA
RED DE ALTERNA.
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Sistemas de Corriente Continua
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Atento a que los referidos parámetros son definidos en el Proyecto
de la Obra conviene comenzar por determinar la composición de las
Cargas en función de dos magnitudes, la Intensidad en Amperes y
el Tiempo de duración de las mismas.
Aparecen así cuatro tipos de cargas bien definidas
ŸCargas instantáneas
ŸCargas momentáneas
ŸCargas de tiempo limitado
ŸCargas permanentes
Cargas Instantáneas y Momentáneas
En el grupo de las cargas instantáneas y momentáneas deberan
considerarse la corriente consumida por las motorizaciones de los
aparatos de maniobra y corrientes de magnetización de bobinas y
relés conectados al sistema.
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Sistemas de Corriente Continua
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Cargas de Tiempo Limitado
Las cargas de tiempo limitado pueden estar constituidas por
sistemas que requieren de un tiempo determinado de operación pos
corte, como sistemas de lubricación, luces de emergencia, etc
Cargas Permanentes
Los consumos asociados a las cargas permanentes serán aquellos
que estarán presentes durante toda la autonomía del sistema, tales
como la alimentación del tablero de control, equipos URT, PLC,
equipos de protección, etc.
Teniendo previamente determinado el Tiempo de autonomía
requerido y en función de la magnitud de las distintas cargas
podremos graficar las mismas como muestra la figura 1.1 (pag.
siguiente).
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Sistemas de Corriente Continua
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Figura 1.1 - Tipos de Cargas
Referencias I1 =
I2 = Cargas Momentáneas
I3 = Cargas de Tiempo Limitado
I4 = Cargas Permanentes durante el Tiempo de autonomía
T4: Tiempo de Autonomía
Cargas Instantáneas
I (A)
I 1
I 2
I 3
I 4
Cargas
Instantáneas
Cargas
Momentáneas
Cargas
Tiempo l imitado Cargas
Tiempo Permanente
T 1 T 2 T 3
T 4
T (Min)
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En la Figura 1.1 se verifica que los Amper Hora necesarios de
capacidad en los bancos de baterías estarán de acuerdo a la
siguiente expresión:
Una vez determinada la Capacidad Nominal del banco, esta podrá
corregirse con un coeficiente que tengan en cuenta factores como
envejecimiento de las celdas, clasificación por temperatura de la
sala, etc. que estarán relacionados al tipo de batería que se
seleccione.
En general un coeficiente razonable es Cb= 1.2(Cn) Ah
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Cn (nominal) = (Ah)I1 I2 I3 I4x x xT1
60T2
60T3
60T4 - T1 - T2 - T3
60+ + +x
Sistemas de Corriente Continua
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Número de celdas
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Para la determinación del número de celdas será necesario
determinar a priori los siguientes criterios:
ŸTipo de batería
ŸTensión máxima admisible en el sistema
ŸTensión mínima admisible en el sistema
Número de Celdas
Tipo de Batería y tensiones del sistema
Tensión nominal por celda: 1,2 Vcc
Tensión de flote 1,35 a 1,45 Vcc
Tensión nominal por celda: 2 Vcc
Tensión de flote: 2,16 a 2,25 Vcc
Niquel Cadmio Plomo Ácido
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Ejemplo práctico para la determinación del número de celdas
Para una tensión nominal del sistema determinada en 120
Vcc nominales, considerando 132 Vcc como límite máximo
de tensión en flotación y 100 Vcc como limite mínimo de
final de descarga aplicaríamos los siguientes cálculos:
SITUACIÓN
TIPO DE BATERÍA NIQUEL CADMIO
TIPO DE BATERÍA PLOMO ÁCIDO
CÁLCULO
CONCLUSIÓN
132 V92 Celdas
1,43 Vpc=
1
2 92 Celdas 100,8 Vcc1,1 Vpc =x
92 celdas satisfacen los límites establecidos
CÁLCULO
CONCLUSIÓN
132 V60 Celdas
2,2 Vpc=
1
2 60 Celdas 108 Vcc1,8 Vpc =x
60 celdas satisfacen los límites establecidos
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Referencias Vpc = Volt por Celda
Número de Celdas
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Tabla 1
Configuraciones usuales
Bancos de Baterías
Tensión
Nominal
del Sistema
N° Celdas
Ni-Cd
Tensión
de Flote
del Banco
N° Celdas
Plomo Ácido
Tensión
de Flote
del Banco
24 Vcc 20 28 Vcc 12 26 Vcc
48 Vcc 40 56 Vcc 24 53 Vcc
110 Vcc 86 120 Vcc 55 120 Vcc
120 Vcc 92 129 Vcc 60 132 Vcc
220 Vcc 180 252 Vcc 110 242 Vcc
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Dimensionamiento de Cargadores
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Los cargadores asociados a los Bancos de Baterías deberán ser
dimensionados de manera tal que tengan aptitud para atender dos
requerimientos básicos que pueden darse en simultáneo:
ŸLa carga de Baterías en régimen de Fondo ó Carga Rápida
ŸLa alimentación de los consumos permanentes
Respecto a la corriente de carga de las baterías, los fabricantes en general
recomiendan un régimen de Carga Rápida ó de Fondo de 0,20 de la
Capacidad nominal del Banco en Ah, coeficiente que puede elevarse hasta
0,30 en el caso de celdas de Ni-Cd siempre que la tensión por celda no
provoque gasificación del electrolito.
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Dimensionamiento de Cargadores
I nominal cargador = I batería + I de consumo
Cálculo:
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Entonces podemos definir la corriente de baterías directamente como
porcentaje de la Capacidad en Ah del banco aplicando la siguiente formula.
O en el caso en que debamos considerar un tiempo máximo de recarga de las
baterías, podremos aplicar la siguiente fórmula.
Siempre que apliquemos esta fórmula debemos verificar que la corriente
resultante para carga de la batería no supere la máxima admitida por la
misma.
I Cargador = 0,20 x Cb + I consumos
I Cargador =Cb x 1,2
T+ I Consumo
Respecto a la corriente destinada a los consumos, el criterio en general es
considerar solo los consumos permanentes, ya que en condiciones normales
la corriente de los consumos instantáneos será atendida por el banco de
baterías y en el caso de ausencia de las mismas el cargador podrá derivar
toda su capacidad ( I bat+I consumos) a la salida a consumos.
Cb = Capacidad del Banco en Ah1,2 = Factor de Eficiencia de la CargaT = Tiempo de Recarga en Horas.
Referencias:
Dimensionamiento de Cargadores
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Valor máximo de la Tensión de Continua en Barras
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Dado que las baterías pueden requerir para carga rápida ó de fondo
tensiones que superan hasta en un 30% el valor de la tensión nominal,
resulta muy importante establecer el valor de la tensión máxima
admisible en la barra de corriente continua de la salida a consumidores.
Este valor estará determinado por el valor máximo tolerado por las
cargas alimentadas por el sistema y en el caso de que el valor de
tensión requerido para la carga a fondo supere este máximo, deberán
disponerse dispositivos reguladores de tensión para mantener la
misma dentro de los límites admisibles
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Valor máximo de la Tensión de Continua en Barras
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Diodos de Caída
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El dispositivo mas usado consiste en la instalación de diodos en serie
en la salida a consumos a los efectos de crear una caída de tensión que
permita regular la misma.
Estas series de diodos se instalan en una, dos ó mas etapas según el
caso lo requiera y son desactivadas por un contactor que las
cortocircuita cuando la tensión del banco cae a un valor preestablecido.
Dependiendo del tipo y número de celdas seleccionadas y del rango de
regulación requerido podrán instalarse cadenas simples, dobles ó
triples.
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Diodos de Caída
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Ejemplo Gráfico
En un banco de Plomo Acido de 120Vcc de 60 celdas será
necesaria una cadena simple para regular al ±10% y
deberá ser de dos etapas si pretendemos regular al ± 5%.
En el caso de Ni Cd, debido a la tensión alcanzada en la
carga a fondo, serán necesarias cadenas dobles para
mantener una regulación del ±10% y triples para alcanzar
± 5% .
Gráficos ilustrativos del comportamiento de la
tensión a consumos regulada por Cadenas de
Diodos en banco de 60 celdas de Plomo-Acido
Figuras 2.1 - 2.2
Diodos de Caída
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Figura 2.1 - Cadena Simple de 12 V
Vfondo
Vflote
1,1 Unom
144 V
130 V
120 V
132 V
Valores: Unom = 120 V
V flote = 130 V
V fondo = 144 V
V cons = ± 10% Unom
Tensión de batería
Tensión a consumos
132 V
108 V
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Figura 2.2 - Cadena Doble de 10 V
116 V
120 V
124 V
126 V
130 V
136 V
144 V
Vflote
Valores: Unom = 120 V
V flote = 130 V
V fondo = 144 V
V cons = ± 5% Unom
Tensión de batería
Tensión a consumos
126 V
114 V
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SISTEMAS DE ENERGÍA
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