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Dimensionamiento de baterías para corriente continua

Calcule la capacidad del banco de baterías de una subestación o de una planta con el ciclo de trabajo, el método de secciones de IEEE 485 e IEEE 1115 y los factores Kt de la celda, y estime el número de celdas y la corriente del cargador.

IEEE 485método de secciones, plomo-ácidoIEEE 1115método de secciones, níquel-cadmioIEEE 946corriente del cargador

Casos de ejemplo
Dimensionamiento de baterías para corriente continua
E1Sistema
V
V
V

Tensión de igualación: del orden de 2,33 V en plomo-ácido y 1,55 V en níquel-cadmio.

Ah

Opcional: la compara con la capacidad requerida.

E2Ciclo de trabajo
A
min
A
min
A
min
A
min
A
min
A
min

Cada periodo es la corriente total constante durante ese tiempo, en orden. Los primeros y últimos minutos suelen llevar los disparos y cierres de interruptores sumados a la carga continua. La carga aleatoria, como un cierre que puede ocurrir en cualquier momento, se suma a la sección más exigente. Deje vacías las filas que no use.

E3Factores Kt de la celda
min
Ah/A
min
Ah/A
min
Ah/A
min
Ah/A
min
Ah/A

Los valores precargados son una curva ilustrativa para que la página muestre un resultado: no corresponden a ninguna celda. Reemplácelos con los Kt del fabricante para su modelo, a la tensión final por celda que resulta y a 25 °C. Entre puntos se interpola en escala logarítmica.

E4Corrección y cargador

1,00 a 25 °C; mayor con el electrolito más frío.

h
A

1,1 en plomo-ácido y 1,4 en níquel-cadmio.

Admite coma o punto decimal. El cálculo se hace en su navegador y se actualiza mientras escribe.

Capacidad requerida

— Ah

Número de celdas

—

Tensión final por celda

— V

Corriente del cargador

— A

Capacidad sin corregir

— Ah

Ah descargados en el ciclo

— Ah

Ciclo de trabajo
  • Corriente del ciclo
  • Carga aleatoria
Los periodos cortos se dibujan más anchos que su duración real para que se vean; la duración está debajo. La carga aleatoria va al final de la sección más exigente.
Curva de factores Kt
  • Interpolación log-log
  • Duración del ciclo
Escalas logarítmicas. Los puntos son los Kt que escribió; el método no extrapola fuera de ellos.

Cálculo paso a paso

Qué significa para su sistema de corriente continua

    Para qué sirve

    Para estimar el tamaño del banco de baterías y del cargador de los servicios auxiliares de corriente continua de una subestación o de una planta industrial, revisar si un banco existente sigue alcanzando después de agregar bahías o equipos, y preparar la información que pide un fabricante para cotizar. También sirve para entender el resultado de una prueba de capacidad: un banco que entrega el 80 % de su capacidad todavía debe cubrir el ciclo de trabajo.

    Cómo se calcula

    IEEE 485número de celdas

    N = ⌊Vmáx / Vcarga por celda⌋ · Vfinal = Vmín / N

    Se redondea hacia abajo para que la carga de igualación no supere la tensión máxima de los equipos. Con la tensión final por celda se leen los Kt del fabricante; la herramienta avisa si queda fuera de 1,60 a 1,90 V en plomo-ácido o de 0,90 a 1,20 V en níquel-cadmio.

    IEEE 485método de seccionesIEEE 1115método de secciones

    FS = ΣP=1…S (AP − AP−1) · Kt(TP)

    Para cada sección S, formada por los periodos 1 a S, AP es la corriente del periodo P (A0 = 0) y TP el tiempo desde el inicio del periodo P hasta el final de la sección S. Los escalones negativos restan. La capacidad sin corregir es la mayor FS más la de la carga aleatoria, AR · Kt(tR).

    IEEE 485factores de corrección

    Capacidad = F · ktemperatura · kmargen · kenvejecimiento

    El factor de temperatura sale de la tabla de IEEE 485 o del fabricante para la temperatura mínima del electrolito (1,00 a 25 °C); la herramienta avisa si se usa un valor menor que 1, porque supone dar crédito a una temperatura alta. El de envejecimiento es 1,25 en IEEE 485 porque la batería se reemplaza cuando su capacidad cae al 80 %; IEEE 1115 también lo incluye para níquel-cadmio, con un valor que depende de la celda y del criterio de reemplazo. El margen de diseño cubre cargas futuras y lo fija el proyectista. El resultado está en Ah a la base de capacidad de la curva Kt (por ejemplo, 8 h); se elige la celda comercial inmediatamente mayor.

    IEEE 946cargador

    A = L + k · C / H

    Es el método que usan los fabricantes de cargadores: L es la carga continua, C los Ah descargados durante el ciclo de trabajo, H el tiempo de recarga en horas y k el factor que compensa la eficiencia de la recarga: 1,1 es el valor habitual para plomo-ácido y 1,4 para níquel-cadmio, y algunos fabricantes usan 1,15 para plomo-ácido.

    Límites del cálculo

    • Es una forma simplificada del método, no el dimensionamiento formal. La exactitud depende por completo de los Kt: con la curva ilustrativa el resultado no sirve para comprar.
    • Supone cargas de corriente constante. Las de potencia constante, como inversores y convertidores, suben su corriente cuando baja la tensión.
    • Usa un solo factor de temperatura para todo el ciclo y suma la carga aleatoria a la sección más exigente, sin comprobar que cabe al final de esa sección.
    • No verifica la caída de tensión en los cables ni la tensión máxima de flotación.
    • La capacidad real de un banco instalado se comprueba con la prueba de capacidad según IEEE 450 (plomo-ácido ventilado), IEEE 1188 (regulado por válvula) o IEEE 1106 (níquel-cadmio).

    Preguntas frecuentes

    ¿Cómo se dimensiona un banco de baterías de una subestación?

    Se arma el ciclo de trabajo con todas las cargas en corriente continua y su duración: la carga continua, los disparos y cierres de interruptores al inicio y al final, y las cargas aleatorias. Con el método de IEEE 485 (plomo-ácido) o IEEE 1115 (níquel-cadmio) se calcula la capacidad necesaria con los factores de capacidad Kt de la celda elegida y se aplican los factores de temperatura, margen de diseño y envejecimiento.

    ¿Qué es el factor Kt en el cálculo de baterías?

    Es la relación entre la capacidad nominal de la celda en Ah y la corriente que puede entregar durante un tiempo dado hasta la tensión final por celda elegida. Sale de las curvas o tablas de descarga del fabricante para cada modelo, temperatura y tensión final, por eso el cálculo cambia de una marca a otra aunque la capacidad nominal sea la misma.

    ¿Cuántas celdas lleva un banco de baterías de 125 V?

    Depende de la química y de los límites de tensión del sistema. El número se obtiene dividiendo la tensión máxima que admiten los equipos entre la tensión de carga (igualación) por celda; con ese número, la tensión mínima del sistema dividida entre las celdas da la tensión final por celda que se usa en el dimensionamiento. En plomo-ácido suele resultar del orden de 60 celdas, y en níquel-cadmio bastantes más, porque cada celda tiene menor tensión.

    Probamos y diseñamos su sistema de corriente continua

    Hacemos la prueba de capacidad de su banco de baterías y revisamos el cargador, y diseñamos o actualizamos los servicios auxiliares de corriente continua de subestaciones y plantas, con el ciclo de trabajo real.

    Ver pruebas y puesta en servicioVer diseño y estudios

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    Otras herramientas

    Generador COMTRADECree un registro de falla COMTRADE (.cfg/.dat o .cff) para su equipo de prueba: falla, offset DC y apertura del interruptor.Tabla ANSI / IEEE C37.2Números de función del 1 al 94, sufijos de uso común y su nodo lógico IEC 61850, con buscador.Curvas de tiempo inversoCalculadora y gráfica log-log de las curvas IEC 60255-151 e IEEE C37.112, con margen de coordinación.Carga (burden) del CTResistencia de los cables, carga del relé y comparación con la carga nominal del transformador de corriente.Corriente de cortocircuitoEstimación rápida de la falla trifásica en el secundario de un transformador.Visor COMTRADEAbra registros de falla .cfg/.dat o .cff en su navegador: formas de onda, digitales, cursor y RMS. El archivo no se sube.Direcciones GOOSE y SVValide MAC multicast, APPID, VLAN y prioridad IEC 61850, detecte duplicados y exporte la tabla en CSV.Cambio de base en por unidadCorriente e impedancia base, conversión entre %, pu y ohmios y cambio de base de transformadores, generadores y líneas.Distorsión armónica THD y TDDTHD de tensión y TDD de corriente frente a los límites de IEEE 519-2022, con el espectro en barras.Componentes simétricasFases a secuencias cero, positiva y negativa y al revés (Fortescue), con diagramas fasoriales y lectura para 46, 67Q y 51N.Compensación del grupo vectorial (87T)TAP de cada devanado, matriz de compensación de fase, eliminación de la secuencia cero y diagrama horario de alta frente a baja.Impedancia primaria y secundaria (21)Ohmios primarios a secundarios con RTC y RTP, Z1, Z0 y k0 de la línea y alcance de las zonas en el plano R-X.Saturación del CTTensión requerida frente a la disponible (5P/10P, PX o C), tiempo hasta la saturación y forma de onda con saturación.Banco de condensadoreskVAr para corregir el factor de potencia, pasos del banco automático, capacitancia y resonancia con el transformador.Caída de tensión en cablesΔV y % con R y X por km, cobre o aluminio, mm² o AWG, y verificación de la sección por cortocircuito.Resistencia de puesta a tierraVarillas, conductor horizontal y malla (BS 7430, IEEE 80), y resistividad del suelo con medidas de Wenner.Glosario técnicoTérminos de subestaciones, protecciones y comunicaciones, cada uno con su guía.
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