Cargadores y bancos de baterias

GUÍA PRÁCTICA
DIMENSIONAMIENTO DE BANCOS
Y CARGADORES DE BATERÍA
SISTEMAS DE ENERGÍA
PARA SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN
ININTERRUMPIDA DE CORRIENTE
CONTINUA
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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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Número 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 máximo de la Tensión 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 = ± 10% Unom
132 V
108 V
Tensión de batería
Tensión 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 = ± 5% Unom
126 V
114 V
Tensión de batería
Tensión a consumos
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SISTEMAS DE ENERGÍA
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