GUÍA PRÁCTICA DIMENSIONAMIENTO DE BANCOS Y CARGADORES DE BATERÍA
SISTEMAS DE ENERGÍA PARA SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN ININTERRUMPIDA DE CORRIENTE CONTINUA GUI_001
Sistemas de Corriente Continua
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Sistemas de Corriente Continua
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.
Constituyen así un Sistema de Alimentación Ininterrumpida (S.A.I.) sobre el que deberán determinarse los siguientes parámetros Ÿ Tensión de alterna disponible (Alimentación del S.A.I.) Ÿ Tensión nominal del sistema de Corriente Continua Ÿ Máxima tensión de Continua admisible en barra Ÿ Mínima tensión de Continua admisible en barra Ÿ Autonomía requerida Ÿ Carga en amperes del sistema durante la autonomía
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Sistemas de Corriente Continua
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 Ÿ Cargas instantáneas Ÿ Cargas momentáneas Ÿ Cargas de tiempo limitado Ÿ Cargas 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
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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Figura 1.1 - Tipos de Cargas I (A)
I
1
Cargas Instantáneas
Cargas Momentáneas
I
2
I
3
I
4
Cargas Tiempo limitado
T 1
Cargas Tiempo Permanente
T 3
T 2
T (Min)
T 4
Referencias
I1 = Cargas Instantáneas I2 = Cargas Momentáneas I3 = Cargas de Tiempo Limitado I4 = Cargas Permanentes durante el Tiempo de autonomía T4: Tiempo de Autonomía
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Sistemas de Corriente Continua
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:
Cn (nominal) = I1
x
T1
60
T2 T3 T4 - T1 - T2 - T3 (Ah) + I2 x 60 + I3 x 60 + I4 x 60
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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NĂşmero de celdas
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Número de Celdas
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
Tipo de Batería y tensiones del sistema Plomo Ácido
Niquel Cadmio Tensión nominal por celda: 1,2 Vcc
Tensión nominal por celda: 2 Vcc
Tensión de flote 1,35 a 1,45 Vcc
Tensión de flote: 2,16 a 2,25 Vcc
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Número de Celdas
Ejemplo práctico para la determinación del número de celdas Para una tensión nominal del sistema determinada en 120 SITUACIÓN
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:
TIPO DE BATERÍA CÁLCULO
NIQUEL CADMIO
1
2 CONCLUSIÓN
TIPO DE BATERÍA CÁLCULO
= 92 Celdas
92 Celdas x 1,1 Vpc = 100,8 Vcc
92 celdas satisfacen los límites establecidos PLOMO ÁCIDO
132 V 2,2 Vpc
1
2 CONCLUSIÓN
132 V 1,43 Vpc
= 60 Celdas
60 Celdas x 1,8 Vpc = 108 Vcc
60 celdas satisfacen los límites establecidos Referencias
Vpc = Volt por Celda
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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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Dimensionamiento de Cargadores
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
Cálculo: I nominal cargador = I batería + I de consumo 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
Entonces podemos definir la corriente de baterías directamente como porcentaje de la Capacidad en Ah del banco aplicando la siguiente formula.
I Cargador = 0,20 x Cb + I consumos O en el caso en que debamos considerar un tiempo máximo de recarga de las baterías, podremos aplicar la siguiente fórmula.
I Cargador =
Cb x 1,2 T
+ I Consumo
Siempre que apliquemos esta fórmula debemos verificar que la corriente resultante para carga de la batería no supere la máxima admitida por la misma. Referencias: Cb = Capacidad del Banco en Ah 1,2 = Factor de Eficiencia de la Carga T = Tiempo de Recarga en Horas.
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.
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Valor m谩ximo de la Tensi贸n de Continua en Barras
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Valor máximo de la Tensión de Continua en Barras
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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Diodos de Caída
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Diodos de Caída
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
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
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Figura 2.1 - Cadena Simple de 12 V
Vfondo
144 V
1,1 Unom
132 V 130 V
Vflote
120 V Valores: Unom = 120 V V flote = 130 V V fondo = 144 V V cons = 卤 10% Unom
132 V 108 V
Tensi贸n de bater铆a Tensi贸n a consumos
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Figura 2.2 - Cadena Doble de 10 V
144 V
136 V
130 V
Vflote
126 V 124 V 120 V 116 V Valores: Unom = 120 V V flote = 130 V V fondo = 144 V V cons = 卤 5% Unom
126 V 114 V
Tensi贸n de bater铆a Tensi贸n a consumos
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SISTEMAS DE ENERGÍA
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