Este informe describe el cálculo y dimensionamiento de un rectificador y banco de baterías para una subestación. Se determinó que el rectificador debe ser de 3,34 kW y que se requieren 53 baterías de 2,35 V y 200 Ah conectadas en serie para suministrar energía de respaldo durante 1 día.

1. INFORME DE DIMENSIONAMIENTO RECTIFICADOR
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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE INGENIERÍA DE DETALLE PARA LA
CONSTRUCCIÓN DE LA SUBESTACIÓN LLANO LINDO DE 10
MVA A 34.5/13.8 kV Y ALIMENTADOR PRINCIPAL A 34.5 kV EN
EL MUNICIPIO DE YOPAL DEPARTAMENTO DE CASANARE
1. Objetivos
 Calcular el equipo con las características necesarias para que realice la
conversión de señal de corriente de alterna en continua (rectificador).
 Calcular el banco de baterías con autonomía de 1 día, que suplirá el
suministro de energía necesario para las cargas DC del sistema, en caso de
falla del suministro normal de energía, falla del rectificador o mantenimiento
del mismo
2. Introducción
Esta memoria define de forma detallada el cálculo y dimensionamiento del equipo
rectificador cuya función será suplir de energía los componentes asociados a los
circuitos DC de servicios auxiliares, cargas de las celdas de medida, piloteria,
bobinas de mínima tensión, bobina de interruptor y motores de celda.
De igual manera se calculara el banco de baterías y se determinará la configuración
necesaria para que este pueda suplir de manera confiable la energía de los circuitos
DC en caso de ausentarse el rectificado

2. INFORME DE DIMENSIONAMIENTO RECTIFICADOR
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3. Generalidades
3.1 Definiciones
Rectificador: El rectificador es un elemento que permite convertir una señal de
corriente alterna en corriente continua mediante diodos rectificadores, este
dispositivo permitirá transformar la señal de alterna a continua para las cargas DC
que se requieren en la subestación como sistema de cámaras, tablero
contraincendios, tablero de control y señales de las celdas de media tensión.
Baterías descarga profunda: Las baterías de ciclo profundo guardan energía de
modo que las fuentes de la corriente eléctrica las recarguen por medio de los
alternadores, paneles solares, molinos de viento, etc. La diferencia fundamental
entre estas baterías y las de ciclo corto como las de un automotor, radica en el uso
que uno hace de ellas
Factor de utilización: Razón entre la demanda máxima y la potencia instalada por
intervalo de tiempo definido.
3.2 Características ambientales
Características Ambientales (YOPAL - CASANARE)
Característica Valor
AltitudPromedio 390 msnm
Temperatura Ambiente Mínima 18°C
Temperatura Ambiente Promedio 26,8 °C
Temperatura Ambiente Máxima 37,4 °C
Humedad Relativapromedio 62% - 71%
PresiónAtmosférica 1,0111Bar
Tabla 1. Características atmosféricas de la ubicación de la subestación.

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4. Resultados y conclusiones
Al finalizar el procedimiento de identificación y cálculo de cargas, (tabla 2) se
obtuvieron los datos necesarios para dimensionar el rectificador obteniendo para
este una capacidad de 3,34 KW.
Por otro lado, se caculo el banco de baterías necesario para obtener los parámetros
requeridos por el sistema, obteniendo que se necesitaran 53 baterías de 2,35 V y
de 200Ah. Estas 52 baterías deberán estar conectadas en serie.
5. Referencias
[1] Ministerio de Minas y Energía, RESOLUCIÓN 90708 y RESOLUCIONES:
90907, 90795 , Varios, Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas –
RETIE, vigente actualizado hasta 2015, 2013.
[2] Instituto Colombiano De Normas Técnicas y Certificación, Icontec, Código
Eléctrico Colombiano – NTC 2050, 1998, pp. 2002.
[3] ESTUDIOS Y DISEÑOS DE INGENIERÍA DE DETALLE PARA LA
CONSTRUCCIÓN DE LA SUBESTACIÓN LLANO LINDO DE 10 MVA A
34.5/13.8 kV Y ALIMENTADOR PRINCIPAL A 34.5 kV EN EL MUNICIPIO
DE YOPAL DEPARTAMENTO DE CASANARE,Gilberto Mejia, Ingeniero
electricista,2017

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6. Cálculos
En esta sección del documento se realizan todos los cálculos necesarios para
dimensionar el rectificador, el banco de baterías y la disposiciónde las mismas para
suplir las necesidades técnicas del sistema
6.1 Rectificador:
Inicialmente se debe identificar las cargas que se conectaran al circuito o sistema
de servicios auxiliares DC ya que el rectificador alimentara este.
En la tabla 2 se evidencian las cargas identificadas con sus respectivas
características
Sr.No EquimentName
Cargas
momentáneas
(W)
Cargas
continuas
(W)
Factor de
utilización
Subtotal
cargas
momentáneas
(W)
Total
cargas
continuas
(W)
Factor de
coincidencia
cargas
momentáneas
(Fc)
Total cargas
momentáneas
(W)
Carga
neta (W)
Watt
Hr./Day
Tableros 34,5 V existente
1
Circuito de cierre y disparo 1
interruptores celdas 34,5kV 140 20 0,5 70 10 0,6 42 52 37
2
Circuito de cierre y disparo 2
interruptores celdas 34,5kV 280 20 0,5 140 10 0,6 84 94 68
3
Alimentación motores
interruptores celdas 34,5kV 500 10 0,25 125 2,5 0,6 75 77,5 45
4
Alimentación controlceldas
34,5kV 28 280 1 28 280 0,6 16,8 296,8 2196
Tableros 13,8 V existente
5
Circuito de cierre y disparo 1
interruptores celdas 13,8kV T1 140 30 0,33 46,2 9,9 0,6 27,72 37,6 27
6
Circuito de cierre y disparo 2
interruptores celdas 13,8kV T1 280 30 0,33 92,4 9,9 0,6 55,44 65,3 47
7
Alimentación motores
interruptores celdas 13,8kV T1 1500 15 0,17 255 2,55 0,6 153 155,6 93

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11
Alimentación controlceldas
13,8kV 100 1000 1 100 1000 0,6 60 1060,0 5830
12 Tablero de comunicaciones 0 170 1 0 170 0,6 0 170,0 1360
14
Alimentación medidores
34,5kV 0 31 1 0 31 0,6 0 31,0 310
15
Alimentación medidores
13,8kV 0 55 1 0 55 0,6 0 55,0 550
16
Alimentación control
transferencia automática 0 100 1 0 100 0,6 0 100,0 1000
17 Circuitos Auxiliares VCC 35 35 1 35 35 0,6 21 56,0 416,08
18 Alimentador DC inversor 0 700 1 0 700 0,6 0 700,0 3850
19 Reserva 0 100 0,2 0 20 0,6 0 20,0 200
20 Reserva 0 100 0,2 0 20 0,6 0 20,0 200
21 Reserva 0 100 0,2 0 20 0,6 0 20,0 200
Tabla 2. Características de cargas DC
Potencia del rectificador
A continuación se realiza el cálculo de la potencia nominal del rectificador teniendo
en cuenta los siguientes factores:
Fs = Factor de sobrecarga = 1.
Er = Eficiencia del rectificador = 90%
Pc= Potencia total de las cargas (W) o carga neta total.
Potencia del rectificador (kW) =
Pc (W) 𝑥 𝐹𝑠
Er x 1000
=
3010,8W 𝑥 1
90% x 1000
= 𝟑, 𝟑𝟓 𝒌𝑾 (Ecuación 1)
El rectificador debe ser de potencia igual o superior a 3,35 kW

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6.2 Capacidad del Banco de baterías
Debido a que la tensión de las baterías será de 2,35V y la tensión del sistema
nominal será de 125V, los amperios hora necesarios para la carga serán:
Teniendo en cuenta que la cantidad de energía a suplir es de 16429,3Wh
Total Amp. Hr =
16429,3Wh
125V
= 𝟏𝟑𝟏, 𝟒𝟑 𝐀𝐡(Ecuación 2)
Considerando las pérdidas en el cableado y la eficiencia de la batería se calcula la
carga promedio:
Carga promedio =
TotalAmp.Hr x (1+kw)
kb
=
131,43 x (1+10%)
0,96
= 𝟏𝟓𝟎, 𝟔𝐀𝐡(Ecuación 3)
El valor de la carga promedio se debe multiplicar para obtener la capacidad de
almacenamiento requerido por las baterías:
Almacenamiento requerido = carga promedi x t(d) = 150,6 Ah x 1 día = 𝟏𝟓𝟎, 𝟔𝐀𝐡(Ecuación 4)
A continuación se considera el derrateo por envejecimiento de la batería aplicando
la siguiente ecuación:
Envegecimiento de la bateria = Almacenamiento requerido x (1 + ka) = 150,6 Ah x (1 +
15%) = 𝟏𝟕𝟑, 𝟏𝟗𝐀𝐡(Ecuación 5)
A partir del derrateo por temperatura en la batería se calcula la capacidadrequerida,
por consiguiente la capacidad será:
Temperatura de operacion = envegecimiento de la bateria x kt = 173,19 Ah x 1 =
𝟏𝟕𝟑, 𝟏𝟗𝐀𝐡(Ecuación 6)
Para finalizar el cálculo de la capacidad requerida por el banco de baterías se
considera el derrateo por la descarga profunda. Es así que se calcula:

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Profundidad de la descarga =
Temperatura de operacion
kd
=
Ah
0,9
= 𝟏𝟗𝟐, 𝟒𝟑𝐀𝐡(Ecuación 7)
La capacidad en Amperios Hora (Ah) necesarios para el banco de baterías es de:
192,43Ah
Arreglo banco de baterías
En la tabla 3 se visualizan los valores de las baterías que se usar en el proyecto
Imagen 1. Bateria Eos 200 -Narada
Ref. Capacidad
(Ah)
Voltaje
(V)
Ancho
(mm)
Largo
(mm)
Alto
(mm)
Peso
(kg)
KPL300P 200 2,35 184,5 94,5 372 13,5
Tabla 4. Características de la batería/celda
Teniendo claro que el circuito de servicios auxiliares DC funciona con un Voltaje de
125 VDC y que las baterías arrojan un Voltaje de 2,35 VDC, se podrá calcular las
baterías que se conectaran en serie; esto a partir de la siguiente fórmula:
𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 =
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎
=
125𝑉
2,35𝑉
= 𝟓𝟑 𝑼𝑵 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥 (Ecuación 8)

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Según la tabla 4 se evidencia que el valor para la capacidad de las baterías es de
200Ah por ende no es necesario realizar conexiones en paralelo.
Consideraciones necesarias para escoger correctamente las baterías
Se tomaron algunas consideraciones para realizar el cálculo en la capacidad de las
baterías. En la tabla 4 se mencionan los valores tomados.
Factor Valor asumido
ta Temperaturaambiente 26,8 °C
ka Factor de envejecimiento 15%
kt Factor de corrección por
temperatura
100% (Debidoaque se
cuentacon sistemade aire
acondicionadoenel cuarto)
kd Factor de descarga profunda 90%
kw Factor de pérdidasenel
cableado
10%
kb factor de eficienciade labatería 96%
td * númerode días que se requiere
que lasbaterías entreguen
corriente
1 día
Tabla 4. Factores considerados para el cálculo del banco de baterías
La IEEE ¿hace referencia unos parámetros que además del voltaje y la corriente se
aconsejan sean tenidos en cuenta en el momento de escoger las baterías, esto con
el fin de garantizar el correcto funcionamiento de estas

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Los parámetros mencionados por la IEEE? son:
 Vida de diseño de la aplicación y vida esperada de la célula
 Características físicas (dimensiones, peso)
 temperatura ambiente
 características de carga
 Frecuencia y profundidad de descarga
 requisitos de ventilación
 requisitos de mantenimiento
 factores sísmicos (choque y vibración)
 Requisitos de orientación de la celda
De igual manera, identificar las características de las celdas de la batería ubicadas
en las hojas de datos que entrega el proveedor:
 Temperatura de la celda
 Densidad de electrolito a plena carga (para baterías de plomo-ácido)
 voltaje de flotación de la célula
 Voltaje de fin de descarga de la celda (EODV)

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Gabinete RACK
Teniendo en cuenta las dimensiones de la batería mencionadas en la tabla se
sugiere dos arreglos de baterías totalmente idénticos.
La imagen 2 muestra un arreglo de baterías Eos-200 Narada el cuel esta
compuesto por 4 baterías en su base y 6 baterías de altura sumando en total 24
de estas.
Para el arreglo de baterías calculado en este documento se sugiere que el arreglo
este compuesto de 6 baterías en su base (width) y 5 baterías de altura (height)

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Imagen 2. Arreglo de baterías en un gabinete Rack Narada
Cálculos:
Para la base se tiene los siguientes cálculos:
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 ( 𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ) = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑥 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 ( 𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ) = 184,5𝑚𝑚 𝑥 6 = 1.107𝑚𝑚
Además se le suman 50 mm debido a la separación aproximada que habrá entre cada celda
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 ( 𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ) = 1.107𝑚𝑚 + 50𝑚𝑚 = 𝟏. 𝟏𝟓𝟕𝒎𝒎 𝒂𝒑𝒓𝒐𝒙
Para la altura tenemos los siguientes cálculos:
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 ( 𝐻𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡) = 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖 𝑎 𝑥 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 ( 𝐻𝑒𝑖 𝑔ℎ𝑡) = 94,5 𝑥 5 = 472,5
Además se le suman 50 mm debido a la separación aproximada que habrá entre cada celda

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𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 ( 𝐻𝑒𝑖 𝑔ℎ𝑡) = 472,5+ 40𝑚𝑚 = 𝟓𝟏𝟐, 𝟓𝒎𝒎 𝒂𝒑𝒓𝒐𝒙
Para la profundidad (Depth) tenemos que son 40mm aproximadamente (Altura de la batería)
Como se mencionó anteriormente se construirían 2 Rack de estas dimensiones,de esta manera se reducirán
dimensiones ypesos que facilitaran su manipulación en caso de que se requiera.