Los convertidores CC/CC y los inversores toman energía del sistema de corriente continua de la subestación para alimentar cargas que necesitan otra tensión: 48 V o 24 V para comunicaciones y control, y corriente alterna para computadores, HMI y servidores. Heredan la autonomía de la batería, y los inversores suelen llevar un bypass estático a la red y un bypass manual de mantenimiento.
Qué son y dónde están
En una subestación no todas las cargas críticas trabajan a la tensión del banco de baterías. Los equipos de comunicaciones suelen alimentarse a 48 V, algunos controladores a 24 V, y los computadores del SCADA, las HMI, los servidores y algunos equipos de comunicaciones necesitan corriente alterna. Para alimentarlos sin interrupción desde el sistema de corriente continua de subestación se usan:
- Convertidores CC/CC, que pasan, por ejemplo, de 125 V o 110 V a 48 V o 24 V.
- Inversores, que convierten la corriente continua en alterna, normalmente con un conmutador de transferencia (bypass estático) a una fuente de corriente alterna de respaldo.
Ambos se alimentan de una salida del tablero de distribución de corriente continua y entregan su salida a un tablero o directamente a las cargas. Un artículo técnico de un fabricante de cargadores muestra esta disposición como típica: la barra de corriente continua alimenta relés, motores de maniobra, alumbrado, convertidores CC/CC y un inversor.
Partes y cómo funciona cada una
Convertidor CC/CC. Conmuta la tensión de entrada a alta frecuencia sobre un transformador pequeño y la rectifica a la tensión de salida. Ese transformador da aislamiento galvánico entre entrada y salida, y conviene especificarlo: el sistema de 125 V suele trabajar aislado de tierra, y si la salida de 48 V se conecta a tierra según su propio esquema, un convertidor sin aislamiento pondría a tierra también el sistema de 125 V. Se construyen en módulos que se conectan en paralelo, a menudo con redundancia N+1.
Inversor. Toma la corriente continua, la convierte en alterna senoidal con transistores de potencia y un filtro, y regula tensión y frecuencia. Los inversores modulares admiten varios módulos en paralelo; en algunos se pueden reemplazar en caliente.
Bypass estático. Un conmutador electrónico que vigila la salida del inversor y la red de respaldo. Según el manual de un fabricante, en modo «prioridad inversor» la carga va por el inversor, y si este falla, se sobrecarga o detecta un cortocircuito, el bypass transfiere la carga a la red en milisegundos; la red aporta así la corriente de cortocircuito que el inversor no puede dar, y la carga vuelve al inversor cuando se despeja. También existe el modo «prioridad red», en el que el inversor queda de respaldo.
Bypass manual de mantenimiento. Un conmutador que conecta la carga directamente a la red de respaldo o a la salida del inversor sin interrupción, para intervenir el equipo sin apagar la carga. Solo debe operarlo personal calificado.
Cómo cambia según el nivel de tensión
- Media y baja tensión: pocas veces se justifica; los equipos suelen alimentarse directamente de la tensión del banco o de fuentes pequeñas.
- Alta tensión: un convertidor a 48 V para comunicaciones y un inversor pequeño para la HMI de la subestación.
- Extra alta tensión: convertidores e inversores duplicados, alimentados uno desde el sistema A y otro desde el B, para que la pérdida de un sistema no deje sin comunicación ni sin estación de operación. Las cargas con dos fuentes de alimentación toman una de cada lado.
- Plantas solares e industria: UPS o inversores para el controlador de planta, servidores y SCADA, y convertidores de 24 V para control.
Criterios de dimensionamiento
- Potencia: suma de las cargas con su factor de simultaneidad, más reserva para crecimiento. En inversores, verifique la corriente de arranque de las cargas y la capacidad de sobrecarga.
- Tensión de entrada: el equipo debe funcionar en toda la ventana del sistema, desde la tensión final de descarga de la batería hasta la de igualación del cargador.
- Consumo en corriente continua: la potencia de salida dividida por la eficiencia. Ese consumo entra en el ciclo de trabajo de la batería según IEEE 485 o IEEE 1115 y, si es grande, puede cambiar el tamaño del banco.
- Autonomía: la de la batería. Cuando las cargas de corriente alterna necesitan más horas que las protecciones, a veces conviene un sistema separado.
- Redundancia: N+1 en módulos o dos equipos de sistemas distintos.
Conexión con protección, control y alarmas
Las alarmas habituales son falla de convertidor o inversor, tensión de salida fuera de rango, carga en bypass, sobrecarga y falla de la red de respaldo. Llegan por contacto o por comunicación al controlador de bahía, a la RTU o al sistema SCADA y HMI. Una alarma de «carga en bypass» que se deja sin atender significa que la HMI depende de la red alterna y caerá con ella.
Fallas y qué revisar primero
- Carga en bypass permanente: inversor en falla o sobrecargado; revise el registro de eventos.
- Caída de la HMI al perder la red alterna: el bypass estaba activo o el inversor no soporta la corriente de arranque.
- Equipos de 48 V que se reinician: convertidor sin capacidad suficiente o ventana de entrada estrecha durante la descarga de la batería.
- Alarma de falla a tierra en el sistema de 125 V que desaparece al apagar un equipo: convertidor sin aislamiento galvánico o con su salida a tierra.
- Ventiladores y condensadores: son las partes que más envejecen en estos equipos.
Pruebas y mantenimiento
En la puesta en servicio se verifica la tensión de salida con carga, el reparto entre módulos, la transferencia al bypass estático por falla simulada y su retorno, el bypass manual sin interrupción, el funcionamiento con la tensión mínima y máxima del sistema y cada alarma hasta el SCADA. En mantenimiento: termografía, limpieza, revisión de ventiladores y prueba periódica de la transferencia. La autonomía real se confirma con la prueba de capacidad de la batería, descrita en la guía del banco de baterías y cargador.
Le acompañamos en la puesta en servicio
Nuestro equipo prueba convertidores, inversores y el resto del sistema de corriente continua en subestaciones, industria y plantas solares, incluidas las transferencias con carga real (puesta en servicio). Si sus alarmas llegan a relés o controladores que hay que reconfigurar, lo hacemos con configuración remota.
Referencias
- IEEE 946, diseño de sistemas de corriente continua para aplicaciones estacionarias.
- IEEE 485 e IEEE 1115, dimensionamiento de baterías de plomo-ácido y níquel-cadmio.
- IEEE 1818, guía de diseño de sistemas auxiliares de baja tensión para subestaciones.
- Manuales de instalación y operación de inversores con bypass estático de los fabricantes.
Preguntas frecuentes
¿Por qué usar un convertidor CC/CC en lugar de una batería de 48 V aparte?
Porque aprovecha la batería principal, que ya está dimensionada, vigilada y mantenida, y evita un segundo banco con su cargador. A cambio, la carga del convertidor debe sumarse al ciclo de trabajo de la batería principal y conviene que el convertidor tenga aislamiento galvánico.
¿Qué hace el bypass estático de un inversor?
Transfiere la carga a la red de corriente alterna de respaldo en pocos milisegundos si el inversor falla, se sobrecarga o detecta un cortocircuito a su salida, y la devuelve cuando el problema desaparece. El bypass manual permite además dar mantenimiento al inversor sin cortar la carga.
¿Cuánta autonomía tiene la carga de un inversor?
La que le dé la batería de la que se alimenta, descontando las demás cargas. Como el inversor tiene pérdidas, su consumo en corriente continua es mayor que la potencia que entrega; ese consumo debe estar en el ciclo de trabajo de la batería.