BANCOS DE BATERÍAS.

Son bancos de baterías estacionarios con capacidad para suministrar potencia en  corriente directa a los esquemas de protección, control, señalización y todo lo que  requiera de corriente directa a través de centros de carga. Como se muestra en la siguiente figura.

 Banco de Baterías   (imagen de del blogger  Ingeniería Eléctrica Explicada)

El sistema de banco baterías se utiliza para energizar los siguientes equipos :1.-Protecciones2.-Lámparas piloto3.-Cuaro de Alarmas4.-Registrador de eventos5.-Circuito de transferencia de potenciales6.-Sistemas contra incendio7.-Equipo de onda portadora (OPLAT)8.-equipos de micro onda9.-Control de Disparo de los interruptores de alta tensión y baja tensión10.-Control de Apertura de los interruptores de alta tensión y baja tensión11.-Control de los seccionadores12.-Sistemas de iluminación de emergencia13.-Sistemas ininterrumpido de energía (UPS)

Estos bancos de baterías deben estar alimentados por su cargador - rectificador  que convierte la corriente alterna en corriente directa para la carga de los mismos.

Las baterías, que se utilizan en las subestaciones son del tipo de electrolito pueden ser ácidas o alcalinas. 

BATERÍA DE TIPO ÁCIDO

Cada celda está formada por las siguientes partes:

Recipiente. Es un envase que puede ser poliestireno transparente. O de vidrio,  que ofrece la ventaja de permitir la inspección  visual de los elementos interiores.  Dentro del recipiente se localizan las placas activas, el electrolito y los  separadores.

Placas. Las placas positivas están formadas por dióxido de plomo (PbO2) y  pueden estar fabricadas en dos formas:

a) Placa plana empastada de una masa de dióxido de plomo. Este tipo se utiliza en la industria automotriz por ser  más barata, pero es de menor  duración, ya que con el uso y la vibración  se va disgregando la pasta.

b) Placa multitubular. Formada por una hilera de tubos fabricados con malla  de fibra de vidrio trenzada, dentro de los cuales se introduce una varilla de  aleación de plomo. Al unir todos los tubos en su parte superior queda  formada la placa. Este método tiene la ventaja  de producir mayor energía  por unidad de peso y además evita la sedimentación del material activo,  por lo que llega a tener una duración de hasta 20 años. Las placas negativas son planas en ambos casos, y están formadas por plomo puro.

Separadores. Son los elementos aislantes que mantienen separadas las placas  positivas de las negativas. Son láminas ranuradas. Fabricadas de hule  microporoso para permitir la circulación  del electrolito, sin que este afecte  químicamente.

Electrolito. Está formado por ácido sulfúrico diluido en agua. Cuando la celda tiene  carga eléctrica completa, la densidad del electrolito es de  1.21.

En las siguientes figuras se muestra los componentes que integran a la batería de tipo acido,

 

Partes que componen a una bacteria del tipo ácido ( cortesía TECHNO SUN)

Operación de una celda de tipo ácido.

Cuando una celda está completamente  cargada, en la placa positiva hay dióxido de plomo y en la negativa solamente  plomo. Ambas placas están bañadas por el electrolito.

Al cerrarse el circuito exterior de la batería, comienza la liberación  de la energía  eléctrica almacenada, y el radical sulfato (SO4) del electrolito, se combina con el  plomo contenido en las placas, transformándose en sulfato de plomo y  diluyéndose el electrolito.

Ventajas:Bajo costo.Fácil fabricación.

Desventajas:No admiten sobrecargas ni descargas profundas, viendo seriamente disminuida su vida útil.Altamente contaminantes.Baja densidad de energía: 30 Wh/kgPeso excesivo, al estar compuesta principalmente de plomo; por esta razón su uso en automóviles eléctricos se considera poco lógico por los técnicos electrónicos con experiencia. Su uso se restringe por esta razón a aplicaciones estacionarias, además de para automóviles, para el arranque, también como fuentes de alimentación ininterrumpidas para equipos médicos.Voltaje proporcionado: 2 V Densidad de energía: 30 Wh/kg

Por lo tanto en los cuartos en donde se instalan las baterías del tipo ácido, deben estar provisto de un extractor de gases, que deberá ponerse en funcionamiento antes de la apertura de la puerta de entrada del personal, con el fin de eliminar la posibilidad acumulación de hidrógeno que se desprende durante la descarga intensa de las baterías que, en presencia de alguna chispa originada en la ropa de la personal (electricidad estática) que entra, puede provocar una explosión. 

Los locales destinados a baterías deben ser secos, bien ventilados y sin vibraciones que puedan originar desprendimientos excesivos de gases y desgaste prematuro de las placas. La temperatura ambiente debe variar entre los 5 y 25 grados centígrados. La instalación eléctrica deberá ser del tipo anti-explosiva. El suelo debe ser a prueba de ácido o álcali, según sea el tipo de batería y deberá tener una ligera pendiente con un canal de desagüe, para evacuar rápidamente el líquido que se pueda derramar o el agua de lavado. Las paredes techo y ventanas deben recubrirse con pintura resistente al ácido o los álcalis según se trata.

BATERIA DE TIPO ALCALINO.

La descripción es practicante igual que las de tipo acido, por lo tanto conviene  describir las diferencias, utilizando una celda de níquel-cadmio.

Recipiente. Son de plástico opaco y tienen el inconveniente de no permitir la inspección ocular del interior.

Placa positiva. Está formada por  una hilera de tubos de malla de acero, que  contiene hidróxido de níquel.

Placa negativa. Es igual a la positiva, pero rellena de óxido de cadmio, el cual sereduce a cadmio metálico durante el proceso de carga.

Separadores. Se usan barras de hule o de polietileno.

Electrolito. Es una solución de hidróxido de potasio, con una densidad que oscila  entre 1.6 y 1.9 a 25°, oscilación  que no se debe a la carga eléctrica de la celda.

La vida de la Batería del tipo alcalino es de 25 años, en promedio, que dura la vida de estas celdas se hace necesario cambiar el electrolito unas tres veces, debido al envejecimiento que se  produce por el  dióxido de carbono de la atmósfera.

VentajasLarga Vida.Reacciona de manera eficiente frente a  fuertes descargas.Mínimo mantenimiento.Facultad de aceptar altos regímenes de carga.Excelente  desempeño frente a los diferentes cambios de temperatura.Resistentes  a los abusos eléctricos y mecánicos.Fáciles de Instalar.Puede soportar un almacenamiento prolongado.Buenas características de servicio bajo cargas de flotación.

Conexión del Banco de baterías.Existen dos formas de conectar un banco de celdas o baterías de plomo-acido.

En serieEn paralelo

Conexión en SerieEsta  asociación en serie es la más conocida. En este caso, el borne positivo o negativo de una celda o batería, se conecta al borne opuesto de otra de idénticas características. De esta manera, la asociación resultante tendrá el doble de tensión y la misma capacidad que cada celda o batería en forma individual.

Y si agregamos una celda o batería más a la serie anterior, la tensión resultante será el triple. Y así sucesivamente. Por ejemplo, una batería de 24V/100Ah puede obtenerse asociando en serie 12 celdas individuales de 2V/100Ah o dos baterías del tipo monoblock de 12V/100Ah.

Es importante resaltar que las celdas o baterías que se asociarán en serie deben ser de la misma capacidad y, preferentemente, de la misma marca y modelo. De no ser así, tanto en la descarga como en la posterior carga, habrá un comportamiento disparejo y esto afectará tanto el desempeño como la vida del conjunto.

Banco de Baterías conectado en serie.

Conexión en ParaleloAsociar en paralelo significa vincular eléctricamente bornes de la misma polaridad. La asociación en paralelo se utiliza cuando no es posible obtener una batería de la capacidad deseada. O, a veces, dicha capacidad existe en un determinado modelo o tipo constructivo y resulta más económico utilizar una asociación en paralelo de otros modelos más baratos.

Un caso típico es el de algunas capacidades intermedias (200, 300 o 400Ah en tensiones de 12 o 24V), donde las mismas se pueden obtener asociando en serie y paralelo baterías monoblock de 100Ah, según necesidad, y esto resulta más económico que utilizar celdas de 2V y de la capacidad deseada.

Banco de Baterías conectado en paralelo.

Conexión Serie-Paralelo de un Banco de Baterías

Reglas para Conectar en Paralelo un Banco de Baterías

Solo deben asociarse en paralelo series completas. La conexión en paralelo de celdas o baterías intermedias de una serie está totalmente desaconsejada. Un ejemplo aclarará este concepto: supongamos que necesitamos armar una batería de 48V/300Ah y disponemos solo de monoblocks de 12V/100Ah. Lo correcto es formar tres series de cuatro baterías cada una. De esta manera, cada serie tendrá 48V/100Ah.Para lograr la batería que necesitamos, lo que debemos hacer ahora es asociar en paralelo los bornes positivo y negativo de cada serie completa (o sea, los bornes extremos). Y lo que no se debería hacer es asociar en paralelo tres monoblocks de 12V, para obtener una batería equivalente de 12V/300Ah y luego asociar en serie cuatro de estos paralelos. Observar que en este segundo caso puede enmascarar celdas o baterías con fallas (por ejemplo, una batería abierta), además de sobrecargar las conexiones en paralelo.

Al igual que en el caso de las asociaciones en serie, solo se deben utilizar celdas o baterías del mismo diseño (o sea, de la misma marca, del mismo modelo).Si esto no se respeta, las celdas o baterías con menor resistencia interna se descargarán en forma más profunda.

Las condiciones ambientales entre las diferentes series a asociar en paralelo deben ser tan idénticas como sea posible. Nos referimos a la temperatura ambiente y a las posibilidades para disipar calor. Por ejemplo, si las series a poner en paralelo se encuentran dentro de un gabinete (y esto ocurre en el caso de las UPS) es fundamental que no haya diferencias de niveles entre las series. De otra manera se producirá un gradiente de temperatura que afectará a las que estén a mayor altura.

Las conexiones entre series en paralelo deben proporcionar la misma resistencia en el recorrido que va del rectificador a cada una de las series, de manera de asegurar una distribución uniforme de corriente. Para lograr esto, es lícito realizar algún truco, como dejar enrollados algunos tramos del cable que alimenta a la serie más cercana, de manera de compensar la mayor distancia al rectificador de otra de las series.Si bien no existe una razón teórica para limitar el número de paralelos, los fabricantes recomiendan que el número máximo no sea superior a cuatro o cinco.La experiencia muestra que es muy difícil reproducir condiciones idénticas en las conexiones cuando el número es mayor. Obtener la capacidad de una batería mediante la asociación de dos en paralelo (cada una de la mitad de la capacidad necesaria) es sumamente beneficioso desde el punto de vista de la confiabilidad.

En efecto, en caso de falla de alguna celda en una de las series en paralelo, solo habremos perdido la mitad de la capacidad y, consecuentemente, de la autonomía de funcionamiento en caso de corte de red. Por otra parte, dividir la capacidad necesaria en dos mitades permite probar por separado a cada una de ellas, sin afectar la característica de no interrupción que todo sistema debe mantener.

CARGADORES DE BATERÍA.

Son los dispositivos eléctricos (generadores de cd) o electrónicos que se utilizan  para cargar y mantener en flotación, con carga permanente, la batería de que se  trate, el cargador se conecta en paralelo con la batería.

La capacidad de los cargadores va a depender de la eficiencia de la batería, o   sea, del tipo de batería que de adquiera. Para una misma demanda impuesta a la  batería, se requiere un cargador de mayor capacidad, si es alcalina, por tener esta  una eficiencia menor, de acuerdo con lo visto.

Cargador/rectificador de baterías (imagen cortesía grupo TEMI)

panel frontal del cargador rectificador

SALA DE BATERÍAS EN UNA SUBESTACIÓN

Las baterías forman una parte importante de las subestaciones transformadoras, ya que tienen como función principal almacenar la energía que se utiliza en el disparo de los interruptores, por lo que deben hallarse siempre en óptimas condiciones de funcionamiento.

Dichas baterías forman parte de los servicios auxiliares de la subestación.

El sistema de baterías se utiliza para energizar:

protecciones lámparas piloto registrador de eventos circuito de transferencia de potenciales sistemas contra incendio equipo de onda portadora equipos de micro onda control de los interruptores de AT y BT control de los seccionadores alarmas iluminación de emergencia

sistemas ininterrumpido de energía (UPS)

En las subestaciones se pueden instalar baterías del tipo ácido ó alcalino. Antiguamente se instalaban en la mayoría de los casos las de primer tipo por ser las más baratas y tenían una larga vida útil, la cual es ligeramente inferior a las alcalinas. Una ventaja de las del tipo ácida es su característica constructiva que permite conocer el estado de la carga que almacena la batería en función de la densidad del electrolito, pero tienen otros inconvenientes, como el mantenimiento, se necesita disponer de locales más amplios y que reúnan ciertas condiciones.

En la actualidad se emplean los acumuladores alcalinos (níquel-cadmio), pero todavía es posible encontrar

los primeros. Las baterías se instalan en un cuarto cerrado, que forma parte del edificio principal de la

subestación, y lo más cerca posible de los tableros para reducir al máximo la longitud de los cables y por lo tanto la posibilidad de la aparición de sobretensiones, por acoplamiento capacitivo o inductivo.

Los cuartos en que se instalan las baterías del tipo ácido, deben estar provisto de un extractor de gases, que

deberá ponerse en funcionamiento antes de la apertura de la puerta de entrada del personal, con el fin de

eliminar la posibilidad acumulación de hidrógeno que se desprende durante la descarga intensa de las baterías que, en presencia de alguna chispa originada en la ropa de la personal (electricidad estática) que entra, puede provocar una explosión.

Los locales destinados a baterías deben ser secos, bien ventilados y sin vibraciones que puedan originar desprendimientos excesivos de gases y desgaste prematuro de las placas. La temperatura ambiente debe variar entre los 5 y 25 grados centígrados. La instalación eléctrica deberá ser del tipo anti-explosiva. El suelo

debe ser a prueba de ácido o álcali, según sea el tipo de batería y deberá tener una ligera pendiente con un

canal de desagüe, para evacuar rápidamente el líquido que se pueda derramar o el agua de lavado. Las

paredes techo y ventanas deben recubrirse con pintura resistente al ácido o los álcalis según se trata.

En las fotos se observa un juego de baterías en una subestación que contiene 86 vasos de plástico (conectadas en serie) de Niquel Cadmio con hidróxido de potasio como electrolito, todas se encuentran sobre bancos metálicos aislados de tierra. Este juego de batería asegura los 110 V de corriente continua.

También se observa otro juego de reserva con vasos de acero de plomo ácido, en caso de fallar la anterior.

Las baterías son mantenidas al nivel de carga nominal por los llamados cargadores. Es de hacer notar que este sistema entra en juego una vez que la subestación, por cualquier motivo, se queda sin alimentación de corriente alterna.