En las subestaciones modernas, el diseño preciso de los sistemas de potencia requiere una comprensión clara de las cargas instantáneas (transitorias) y su impacto en el dimensionamiento de los equipos, en particular para los cargadores de baterías en sistemas de CC. Este artículo desglosa el concepto de cargas transitorias, sus implicaciones y cómo calcular correctamente la capacidad del cargador en dichas condiciones.

1. ¿Qué es una carga instantánea (transitoria)?

Una carga transitoria se refiere a un evento de corta duración y alta demanda de potencia, que suele durar desde unos pocos milisegundos hasta varios segundos. Estas cargas se caracterizan por:

(1)Corriente o potencia de alta amplitud

(2)Breve duración

(3)Tiempo impredecible

Ejemplos comunes:

Corrientes de entrada durante el arranque del motor o la energización del transformador (hasta 5–10 veces la corriente nominal)

Sobretensiones de conmutación de máquinas de soldar o equipos de inducción de alta frecuencia

Eventos de falla, como caídas de rayos o cortocircuitos, que causan picos de carga breves pero intensos

2. ¿Por qué son importantes las cargas transitorias?

(a) Impacto en los equipos eléctricos

Los componentes eléctricos como disyuntores, transformadores y cables deben estar clasificados para soportar:

Corrientes de resistencia máxima

Estrés térmico durante sobretensiones:
De no hacerlo se pueden producir averías en el aislamiento, sobrecalentamiento o fallos del equipo.

(b) Desafíos para los dispositivos de protección

Los relés de protección pueden malinterpretar las cargas transitorias como condiciones de falla. Es fundamental:

Establecer umbrales de protección adecuados

Discriminar entre transitorios normales y fallas reales

3. Cómo calcular la capacidad del cargador (sistemas de CC de subestaciones)

Guión:

Un cargador suministra energía a un sistema de CC que soporta baterías, protección de control y cargas de emergencia. Un dimensionamiento adecuado debe tener en cuenta lo siguiente:

Demanda de carga de la batería

Cargas de CC en estado estacionario

Cargas transitorias potenciales (instantáneas)

4. Cálculo paso a paso

(a) Determine la corriente de carga

Para las baterías de litio o de plomo-ácido, la carga de corriente constante suele ser de 0,1 C a 0,2 C, donde C es la capacidad nominal (Ah).

Ejemplo:
Capacidad de la batería = 200 Ah
Corriente de carga = 0,1 C = 20 A

(b) Calcular la potencia de carga

Voltaje de carga = 2,35 V/celda × 110 celdas = 258,5 V
Potencia de carga = 20 A × 258,5 V = 5,17 kW

(c) Agregar otras cargas

Carga en estado estable: p. ej., dispositivos de control/protección ≈ 1 kW

Carga transitoria: p. ej., cierre del disyuntor ≈ 3 kW (corta duración)

(d) Tenga en cuenta la eficiencia y el margen de seguridad

Eficiencia del cargador (η): típicamente 85%

Factor de margen: normalmente entre el 20 y el 30 %

5. Fórmula final

PAG _cargador =P _cargando +P _{carga regular} +P _{carga transitoria /} η ×(1+margen)

6. Cálculos de ejemplo

Caso A: La carga y la carga transitoria no se superponen

Potencia de carga = 5,2 kW

Carga regular = 1kW

Carga transitoria = excluida

P=(5,2+1)×1,2/0,85≈8,75 kW⇒seleccione un cargador de 10 kW

Caso B: La carga y la carga transitoria ocurren simultáneamente (peor escenario posible)

Carga transitoria = 3kW incluida

P=(5,2+1+3)×1,2/0,85≈13,06 kW⇒seleccione un cargador de 15 kW

Conclusión

Diseñar para condiciones de carga transitoria es esencial para garantizar la confiabilidad de la subestación. Subestimar la demanda máxima puede provocar fallas en los equipos y tiempos de inactividad del sistema. Al calcular la capacidad del cargador, considere siempre:

Requisitos de carga de la batería

Superposición de cargas en estado estacionario y transitoria

Márgenes de eficiencia y seguridad

Con estas consideraciones, puede garantizar que sus sistemas de energía de CC funcionen de manera segura, eficiente y confiable, incluso durante sobretensiones momentáneas.