7. BUS de Corriente Continua (DC) -...

Proyecto fin de carrera Juan Antonio Muñoz Japón

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7. BUS de Corriente

Continua (DC)


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7.1 Caracterización de los componentes del bus DC para la

bancada de motores híbridos. El presente documento trata de hacer una primera aproximación de cara al dimensionamiento

del bus DC donde se conectarán los sistemas de generación de energía (Pila de combustible,

baterías y supercondensadores) y los convertidores que alimentarán el motor eléctrico.

El alcance de este documento es dimensionar las secciones de los conductores de cada equipo,

así como sus protecciones.

El bus DC funciona a una tensión de 24V y se compone de cinco equipos:

- Convertidor DC/DC que ajusta los niveles de tensión de la pila de combustible a los

24V del BUS. Este elemento sólo suministrará energía al bus, siendo unidireccional el

sentido de la energía. Para evitar una avería en la Pila de Combustible se instalará un

diodo de protección a su salida.

- Batería de Ni-Mh de 24V y 9Ah. La batería suministrará energía al sistema pero

también podrá recargarse mediante el modo regenerativo.

- Supercondesadores. Este equipo puede tener un flujo bidireccional. Como no se

dispone de información referida a este dispositivo, se asumirá una intensidad nominal

de consumo.

- Carga electrónica de disipación de energía. Este equipo, al ser un elemento pasivo,

sólo recibirá energía.

- Inversor DC/AC que alimentará al motor eléctrico. El inversor también tendrá un flujo

bidireccional debido al modo regenerativo que recargará la batería.


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El esquema de la instalación se muestra a continuación (ver ilustración 7.1):

Ilustración 7.1: Esquema de instalación del bus DC.

Primero se realizará un dimensionamiento de las secciones de cada elemento y posteriormente

se calcularán los requisitos que deben de cumplir los sistemas de protección.

La idea primaria es instalar todo el sistema en una caja cerrada donde sólo se tenga acceso a

las protecciones y a los conectores donde se enchufarán los equipos. De este modo se tendrán

unas medidas de seguridad y se aislarán las conexiones del exterior para evitar cualquier tipo

de situación peligrosa.

Para conectar dentro del bus todos los componentes se pensó en instalar pletinas de cobre de

modo que los cables de cada equipo se atornillen a dichas pletinas, facilitando así su

instalación y ahorrando espacio.


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Esto puede ser observado en la ilustración 7.2.

Una vez mostrada la idea de lo que se pretende fabricar, pasaremos a dimensionar cada

sección.

Ilustración 7.2: Diseño en 3D de la distribución de los componentes dentro de la caja del bus DC.


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7.2 Dimensionamiento del cableado: Para dimensionar cada sección utilizaremos el criterio térmico y el criterio de caída de

tensión.

El criterio térmico hace referencia al hecho de que cuando circula una corriente eléctrica por

un conductor se produce un calentamiento debido al efecto Joule. Si este calentamiento es

excesivo puede que la instalación no funcione correctamente debido a las elevadas pérdidas o

a que el conductor se queme.

Este criterio se basa en:

(1)

donde Iz es la intensidad admisible por el conductor e IB la intensidad de diseño. En nuestro

caso, al ser alimentado un motor eléctrico, la intensidad de diseño será 1,25 veces la

intensidad de consumo del equipo. Los factores de corrección que se utilizarán, según la ITC-

BT-07, serán:

Tipo de corrección Valor del factor de corrección

Ternos de cables unipolares en contacto 0,8

Tabla 7.1. Factores de corrección utilizados según ITC-BT-07.

El valor Iz será seleccionado según la tabla de la ilustración 7.3 proveniente de la ITC-BT 19.

Los cables serán unipolares en contacto mínimo con una distancia a la pared no inferior a D

(caso F) y el aislante que se le exigirá al cable será XLPE o EPR, por lo que los valores de

intensidad que utilizaremos serán los de la columna 10.


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Tabla 7.3: Intensidad admisible (A) al aire 40ºC. Nº conductores con carga y naturaleza del aislamiento.

Para utilizar el criterio térmico debemos de saber el consumo en intensidad que tendrán

nuestros equipos. Estos datos los conocemos debido a las características de consumo de cada

componente. Siendo para cada uno los mostrados en la siguiente figura (ver ilustración 7.4):


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Ilustración 7.4: Consumos de los equipos del bus DC.

Nota: debido a que las características de los supercondensadores no son conocidas, se ha

estimado una intensidad de consumo de 50A para dimensionar el conductor.

El criterio de caída de tensión se produce como consecuencia de la resistencia de los

conductores. En nuestro caso, según el R.E.B.T., se nos permite una caída de tensión máxima

de 5%. Como el Bus trabaja con 24V, la caída de tensión máxima permitida será 1,2V.

La ecuación que rige el criterio de caída de tensión en líneas de corriente continua es:

(2)

Siendo L la longitud del conductor en Km, I la intensidad de diseño en A y e (con unidades

V/(A·km)) un coeficiente de caída de tensión que proporcionan los fabricantes. A

continuación se muestran los valores de ΔV facilitados por el fabricante Pirelli (ver ilustración


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7.5). Los valores de la tabla se refieren a corrientes trifásicas pero para corrientes monofásicas

se pueden tomar con suficiente aproximación los mismos valores resultantes multiplicados

por 1,15. En la tabla de la ilustración 7.5 podemos observar cómo la caída de tensión depende

de la sección del conductor. En nuestro caso utilizaremos conductores de Cobre con

cos(Ø)=1.

Ilustración 7.5: Valores del coeficiente „e‟ según el fabricante Pirelli.


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7.2.1 Sección del cableado del convertidor DC/DC:

El consumo del convertidor DC/DC es:

Corriente Valor

Continua 125 A

Pico 175 A

Tabla 7.2. Característica de consumo del convertidor DC/DC.

Para dimensionar el conductor utilizaremos el valor de corriente continua de 125A. La

intensidad de diseño Ib será este valor incrementado 1,25 veces, resultando 156,25A.

Utilizando la expresión (1) de criterio térmico se obtiene.

Analizando la ilustración 7.3 se observa que la sección mínima que necesitamos son 70 mm2

que corresponden a una intensidad de 244 A.

Comprobemos que cumple el criterio de caída de tensión. La longitud será 1 m, la intensidad

serán 156,25 A y el coeficiente „e‟ es .

Donde se observa que se cumple el criterio de caída de tensión y la sección que se estima para

conectar el convertidor DC/DC a las pletinas del bus es 70 mm2.


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7.2.2 Sección del cableado de la batería:

El consumo de la batería es:

Valor Tiempo

máximo

40 A 1 minuto

60 A 10 segundos

80 A 1 segundos

100 A 0,1 segundos

Tabla 7.3. Característica de consumo de la batería Ni-MH Smart VH.


intensidad de diseño Ib será este valor incrementado 1,25 veces, resultando 50 A.


Analizando la Ilustración 7.3 se observa que la sección mínima que necesitamos son 10 mm2

que corresponden a una intensidad de 76 A.


serán 50 A y el coeficiente „e‟ es .


conectar la batería a las pletinas del bus es 10 mm2.


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7.2.3 Sección del cableado del supercondensador:

El consumo del supercondensador no se conoce a priori, ya que no se dispone de información

acerca del modelo que se va a instalar en la bancada. Por este motivo, para sobredimensionar

los conductores se estimará que este equipo, cuando sea adquirido e instalado en la bancada,

consumirá una intensidad de 50 A.


intensidad de diseño Ib será este valor incrementado 1,25 veces, resultando 60A.


Analizando la tabla de la ilustración 7.3 se observa que la sección mínima que necesitamos

son 10 mm2 que corresponden a una intensidad de 76 A.




conectar el supercondensador a las pletinas del bus es 10 mm2.


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7.2.4 Sección del cableado de la carga electrónica:

La carga electrónica tiene una potencia de 1000W por lo que a la tensión de 24V a la que va a

ser alimentada supone una corriente de 41,6 A.

Para dimensionar el conductor utilizaremos este valor de corriente de 41,6A. La intensidad de

diseño Ib será este valor incrementado 1,25 veces, resultando 52 A.



son 10 mm2 que corresponden a una intensidad de 76 A.




conectar el módulo resistivo a las pletinas del bus es 10 mm2.


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7.2.5 Sección del cableado del inversor DC/AC:

El consumo del inversor DC/AC es:

Corriente Valor Tiempo

máximo

Continua 80 A 1 hora

Pico 250 A 20 segundos

Tabla 7.4: Característica de consumo del inversor DC/AC.


intensidad de diseño Ib será este valor incrementado 1,25 veces, resultando 100 A.



son 35 mm2 que corresponden a una intensidad de 154 A. Debido a que la sección del cable

sólo permite una corriente admisible de 154 A y por el dispositivo pueden circular corrientes

de hasta 250 A, se propone aumentar la sección de esta línea a un valor de 50mm2, la cual

soportaría 188 A. El fabricante recomienda en el manual del equipo que la sección mínima del

conductor que se conecta al motor y a la batería sea de 16 mm2. Se podría estudiar instalar un

conductor de una sección de 70 mm2 la cual soportaría 244 A, pero como el banco de ensayo

que se va a instalar tiene el objetivo de analizar a escala el comportamiento y el control de

consumo de un coche híbrido no se exigirá al inversor unas corrientes tan elevadas. Por todo

ello se estima una sección de 50mm2.


120




conectar el inversor DC/AC a las pletinas del bus es 50 mm2.


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7.2.6 Sección de la pletina del bus DC:

Para la conexión de todos los componentes al bus DC se instalará una pletina rígida de cobre.

Sobre esta pletina irán atornillados los distintos conectores de cada equipo, obteniéndose de

este modo una instalación segura y robusta.

Para la caracterización de las dimensiones del canto de la pletina, los fabricantes nos

proporcionan unas hojas de características donde muestran la intensidad máxima admisible

por la pletina en función de las dimensiones de su sección transversal.

Para estimar la máxima intensidad que pasará por la pletina nos pondremos en el caso más

desfavorable, que es que todos los sistemas activos suministren su corriente de pico al

inversor. En la siguiente tabla se muestran las corrientes que se estimarán para dimensionar la

pletina. En el caso del supercondensador se estima una corriente de pico de 60 A.

Equipo Intensidad máxima

Convertidor DC/DC 175 A

Baterías 60 A

Supercondensadores 60 A

Tabla 7.5. Característica de consumo máximo por el bus DC.

De este modo resulta una corriente máxima de 295 A.

Ilustración 7.6: Tabla de características de las pletinas.


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Analizando el catálogo de un fabricante de pletinas denominado International Bronmetal (ver

ilustración 7.6) se ofrecen pletinas para aplicaciones eléctricas.

Se observa que para nuestros requerimientos de 295 A necesitamos una pletina pintada de un

canto de 20 x 5 mm2, permitiendo una corriente máxima de 320 A.

También observamos que con esta pletina seleccionada también se satisface la situación en la

que los equipos de consumo demandan corriente, siendo estos equipos el inversor y el módulo

de resistencia.

Estos equipos consumirían un total de 250 A + 41,6 A = 291,6 A, valor que la pletina

soportaría sin problemas.

Finalmente, en la ilustración 7.8 se muestra un esquema con las dimensiones de los

conductores de cada equipo.

Ilustración 7.7: Pletinas de Cu International Bronmetal.


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Ilustración 7.8: Esquema de instalación con las secciones de los conductores de cada equipo.

En la tabla 7.6 se muestra un resumen de la sección elegida para cada elemento.

Equipo Sección (mm2)

Convertidor DC/DC 70

Batería Ni-Mh 10

Supercondensador 10

Módulo de resistencia 10

Inversor DC/AC 50

Tabla 7.6. Resumen de las secciones de los conductores de cada equipo.

Pletina rígida de cobre de

20 mm x 5 mm de canto


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7.3 Protección de los equipos del Bus DC:

Tras dimensionar las secciones de los conductores se procederá a caracterizar las protecciones

necesarias para cada equipo. Los equipos de protección que se instalarán serán

magnetotérmicos debido a la rápida respuesta que ofrecen y la posibilidad de rearmarlos una

vez que haya saltado la protección.

Como por el bus circularán corrientes elevadas y cada equipo tiene unas características de

consumo distintas, se instalará un magnetotérmico en cada dispositivo para ofrecer una mayor

seguridad al bus. A continuación se muestra un esquema de la instalación.

Ilustración 7.9: Esquema de protecciones de la instalación.

Para la caracterización de los magnetotérmicos necesitaremos principalmente dos parámetros:

calibre y poder de corte. El calibre es la corriente nominal que circulará por el dispositivo y el

poder de corte es la corriente máxima de cortocircuito que tendrá que cortar el

magnetotérmico. Además, en función de la respuesta que se desee de la protección, se deberá

seleccionar entre las distintas curvas de disparo que tiene cada magnetotérmico.


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Por el bus circulará una corriente continua a una tensión de 24V. La selección de los

dispositivos de protección se realizará analizando el catálogo del proveedor Schneider

Electric.

Para ello, el fabricante nos aporta unas tablas de selección de interruptores automáticos para

corriente continua. Dicha tabla de selección se muestra en la ilustración 7.10.

Ilustración 7.10: Tabla de interruptores automáticos y características.

Analizando la tabla mostrada en la ilustración 7.10, se observa que nos ofrecen los calibres y

el poder de corte para cada modelo de magnetotérmico. Para su selección se deberá estudiar

cada equipo del bus por separado y analizar los requisitos de protección que necesitan.

Para calcular el poder de corte de cada magnetotérmico se necesita conocer la resistencia

interna de cada equipo del bus. Este valor es un parámetro difícil de encontrar y aunque nos

hemos puesto en contacto con los proveedores de cada equipo no nos los han podido facilitar.

Por ello, se estimará el poder de corte con unos valores de resistencia interna que no son

exactamente los de nuestros dispositivos, sino que serán valores de otros equipos del mismo

tipo, por lo que las resistencias internas no deberían variar mucho. Aún así, se insiste en que

los valores de poder de corte son orientativos.


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Para el cálculo de la corriente máxima de cortocircuito que circulará por el dispositivo se

procederá a aplicar la Ley de Ohm a partir de la resistencia interna y el valor de tensión del

bus, resultando:

INTERNA

BUScc

R

VI (3)

El valor de poder de corte que se seleccione para cada magnetotérmico deberá ser mayor que

esta corriente de cortocircuito.

Usando la norma UNE 20460-4-43:2003 sobre instalaciones eléctricas, la protección debe de

cumplir los siguientes requisitos para cortocircuito y para sobrecargas:

Sobrecargas: Ib ≤ In ≤ Iz (4)

I2 ≤ 1,45* Iz (5) In ≤ Iz * (5‟)

Cortocircuitos: I2cc * t = K * S

2 (6)

Para Interruptores automáticos, esta ecuación se transforma en: **

IIA > ICCMAX (6a)

ICCmin > Ia (6b)

ICCMAX < Ib (6c)

Donde: Ib =Corriente de diseño del circuito.

Iz = Corriente admisible de un conductor.

In = Corriente nominal del dispositivo de protección.

I2 = Corriente que garantiza el funcionamiento efectivo del dispositivo de

protección. Según EN 60898, para un interruptor magnetotérmico, I2 = 1,45 In,

con lo cual la ecuación I2 ≤ 1,45* Iz quedaría In ≤ Iz .

Icc = Intensidad de cortocircuito del elemento al que se protege.


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S = Sección del cable usado en cada elemento.

K = Constante. Para el tipo de conductor usado (Cobre con aislamiento de

XLPE) es 20473.

Ia= Corriente de regulación de disparo electromagnético.

IIA = Poder de corte del Interruptor Automático.

*Como la ecuación (4) incluye a la ecuación (5) en su segundo término, el magnetotérmico

sólo tendrá que cumplir la ecuación (4) para sobrecargas.

**Al carecer de los datos ICCcmin e ICCMAX de cada magnetotérmico, usaré la ecuación (6), en

vez de las (6a), (6b) y (6c), comparando el valor de “t” obtenido con el tiempo que tarda en

saltar cada magnetotérmico, obtenido de la curva de disparo.


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7.3.1 Protección para el Convertidor DC/DC:

Tras analizar distintas fuentes y tipos de convertidores DC/DC, los valores de resistencia

interna de este equipo es de pocos miliomhios. Por ello, se ha estimado el valor de resistencia

interna en 3 mΩ.

Mediante el valor de resistencia interna y la ecuación 3, resulta una corriente de cortocircuito:

Por lo que el poder de corte del magnetotérmico debe ser superior a 8 kA.

El consumo del convertidor DC/DC es:

Corriente Valor

Continua 125 A

Pico 175 A

Tabla 7.7: Consumo del convertidor DC/DC.

Por lo que para el calibre se utilizará un magnetotérmico con un calibre de 125 A o superior y

mediante el valor de pico de 175 A se estimará el tipo de curva del mismo.

Observando la tabla de la ilustración 7.10, el modelo C120H con calibre de 125 A tiene un

poder de corte de 15 kA, por lo que a priori ese modelo sería adecuado.

Analizando las curvas de disparo del modelo C120H se observa que la curva tipo D tiene un

disparo magnético entre 10 y 14 In, la curva C tiene un disparo entre 5 y 10 In y la curva B se

dispara entre 3 y 5 In. Como queremos que el disparo magnético sea lo más rápido posible

debido a que la corriente de pico máxima del dispositivo es 175 A (1,4 veces 125 A), se

seleccionará el dispositivo con la curva de disparo más restrictiva. Siendo en este caso la

curva B.


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Para la curva B, el disparó magnético se producirá entre 3 y 5 veces In, siendo In el calibre del

magnetotérmico, en nuestro caso 125 A. Produciéndose de este modo el disparo entre 375 A y

625 A. Para los 175 A de corriente de pico el disparo térmico se produciría aproximadamente

a 50 segundos.

Aunque el disparo magnético sea bastante tardío con respecto al valor de pico admisible por el

equipo, éste se encontrará protegido correctamente mediante el disparo térmico. Otra opción

de diseño es establecer el poder de corte del magnetotérmico en función de la corriente de la

curva de disparo tipo B (3In) y del valor de pico. Con este simple cálculo, con un disparo

magnético de 175 A se correspondería con 3·In, resultando un calibre In de 58,3 A, un valor

bastante pequeño comparado con el valor de corriente continua de 125 A establecido por el

fabricante.

Requisitos de sobrecargas y cortocircuitos:

Sobrecargas: Ib ≤ In ≤ Iz 125 ≤ 125 ≤ 285

Cumple los requisitos de sobrecarga.

Cortocircuitos: I2

cc * t = K * S2 8000

2 * t = 20473 * 70

2 t =1,56746

Para cortocircuitos, el magnetotérmico seleccionado tarda menos de 0,01s (según su

curva de disparo para Icc/In = 8000/125 = 64) que es menor que 1,56746 s, con lo

que cumple el requisito de cortocircuito.

Donde: Ib =125 A

Iz = 285 A

In = 125 A

Icc = 8000 A

S = 70 mm2


130

Por todo ello, se estima el interruptor magnetotérmico para el convertidor DC/DC el modelo

C120H de Schneider Electric con un calibre de 125 A y un poder de corte de 10 kA.

A continuación se muestra la curva de disparo tipo B del modelo C120N.

Ilustración 17: Curva de disparo tipo B del modelo C120N.


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7.3.2 Protección para la Batería Ni-Mh:

Para estimar la resistencia interna de la batería Super High Energy Ni-MH Smart VH module

se estudiaron las propiedades de cada celda de la que se compone la batería. El fabricante

aporta las características de los distintos tipos de celdas para las baterías de la familia VH, las

cuales se muestran en la ilustración 7.12.

Ilustración 18: Características de la batería Ni-Mh.

Como no se conoce el tipo de celda que tiene nuestra batería, se seleccionará el caso más

desfavorable, siendo el modelo VH F XP con 3 mΩ de resistencia interna por cada celda.

Como nuestra batería es de 24V y cada celda es de 1,2V, la batería estará compuesta por 20

celdas. Con estos datos, se estima la resistencia interna de la batería:

Resultando una corriente de cortocircuito:


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Por lo que el poder de corte de magnetotérmico deberá ser superior a 400 A.

Recordando el consumo de la batería:

Valor Tiempo máximo

40 A 1 minuto

60 A 10 segundos

80 A 1 segundos

100 A 0,1 segundos

Tabla 7.8: Consumos de la batería.

Se seleccionará un magnetotérmico con un calibre de 40 A y con el resto de datos se estimará

la curva de disparo.

A priori, el modelo de magnetotérmico que se instalará junto a la batería será el modelo C60N

con un calibre de 40 A y un poder de corte de 15 kA, valor que satisface nuestros requisitos.




Cortocircuitos: I2

cc * t = K * S2 400

2 * t = 20473 * 10

2 t =12,795625 s

Para cortocircuitos, el magnetotermico seleccionado tarda menos de 0,01s (según su

curva de disparo para Icc/In = 400/40 = 10) que es menor que 12,795625 s, con lo


Donde: Ib =40A

Iz = 85 A


133

In = 40 A

Icc = 400 A

S = 10 mm2

Como ocurría en el caso anterior, se pretende proteger el equipo de un modo rápido para

evitar su posible deterioro, por lo que se seleccionará la curva que responde más rápido, esta

es la curva B.

Ilustración 7.13: Curva de disparo del magnetotérmico C60N,H curva B.

Con este tipo de curva y un calibre de 40 A se obtiene una respuesta:

Valor Tiempo máximo Tiempo de retardo

de la protección

40 A 1 minuto Nunca salta

60 A 10 segundos 50 segundos


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100 A 0,1 segundos 10 segundos

Tabla 7.9: Respuesta de la protección.

Como se observa en la tabla 7.9, para un calibre de 40 A las protecciones tardarían demasiado

tiempo en actuar. Como la curva más rápida de respuesta es la tipo B y es la que hemos

seleccionado, se recalculará la protección reduciendo el calibre de la protección. Así, el nuevo

calibre que se estudiará será el modelo C60N de 32 A.

Valor Tiempo máximo

Tiempo de retardo

de la protección

40 A 1 minuto 8 minutos



100 A 0,1 segundos 0,02 segundos

Tabla 7.10: Respuesta de la protección C60N de 32A de calibre.

Se observa que mediante el calibre de 32 A se protege ante cortocircuitos y ante picos de

corriente de 100A. Se podría reducir aún más el calibre para justificar los valores que

proporciona el fabricante pero de este modo podría instalarse un magnetotérmico con un

calibre demasiado pequeño que provocara que se activara ante pequeños picos de consumo.

Por todo ello se estimará para la batería un magnetotérmico modelo C60N de Schneider

Electric con un calibre de 32 A y un poder de corte de 15 kA.


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7.3.3 Protección para el Supercondensador:

Debido a que no se conoce ni el tipo de supercondensador ni el modelo que se va a instalar en

la bancada, se han estimado los valores de resistencia interna del Supercondensador Boostcap

Ultracapacitor BMOD0165 el cual tiene una resistencia interna de 6,3 mΩ.

Ilustración 7.14: Imagen del supercondensador Booscap.

Con este valor de resistencia interna resulta una corriente de cortocircuito:

Por lo que el poder de corte del magnetotérmico que se seleccione deberá de tener un poder de

corte superior a 3,81 kA.

Se recuerda que para el dimensionado del conductor del Supercondensador se estimó el

consumo de éste en 50A. Por lo tanto, debido a que no se dispone de información del

comportamiento y de las características de consumo del equipo, se estimará sólo con el valor

de corriente continua de 50 A.

El magnetotérmico que se seleccionará a priori será el modelo C120H de 50 A de calibre. Éste

posee un poder de corte de 15 kA, valor más que aceptable para los requisitos de protección

estimados anteriormente. Como ocurrió en los casos anteriores, se desea una respuesta muy

rápida por parte del magnetotérmico por lo que la curva de disparo será B (la curva de disparo

para el modelo C120H es la misma que la mostrada anteriormente en el caso del convertidor

DC/DC). Así, en este caso los tiempos de retardo de disparo serán los que se muestran a

continuación.


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Valor

Tiempo de retardo

de la protección

50 A Nunca salta

80 A 50 segundos

100 A 20 segundos

150 A 0,02 segundos

Tabla 7.11: Respuesta de la protección C120H de 50A de calibre.




Cortocircuitos: I2

cc * t = K * S2 3810

2 * t = 20473 * 10

2 t =0,141 s


curva de disparo para Icc/In = 3810/50 = 76,2) que es menor que 0,141 s , con lo que

cumple el requisito de cortocircuito.

Donde: Ib =40A

Iz = 85 A

In = 50 A

Icc = 3810 A

S = 10 mm2


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La curva de disparo del magnetotérmico C120N H es:

Ilustración 7.15: Curva de disparo del magnetotérmico C120N,H curva B.

Por ello se estimará para el supercondensador un magnetotérmico modelo C120H de

Schneider Electric con un calibre de 50 A y un poder de corte de 15 kA.


138

7.3.4 Protección para la carga electrónica:

La resistencia interna de la carga electrónica que se utilizará en la bancada no es un dato

proporcionado por el fabricante, pero para estimar su valor se utilizará el de la carga

electrónica BK Precision serie 8500, modelo 8518 (1200W) que tiene una resistencia interna

de 5 mΩ. Con este dato, la corriente de cortocircuito será:

Por lo que el poder de corte de magnetotérmico seleccionado deberá ser superior a 4,8 kA.

Ilustración 7.16: Imagen de la carga electrónica BK Precision.

La carga electrónica tiene una potencia de 1000W por lo que a la tensión de 24V a la que va a

ser alimentada supone una corriente de 41,6 A. Analizando la tabla de la ilustración 64, un

modelo válido es el C60N de 50 Amperios de calibre. Este modelo posee un poder de corte de

15 kA, por lo que podrá detener sin problemas la corriente de cortocircuito.

Como se desea obtener una protección rápida y eficaz de los equipos, el tipo de curva de

disparo que se seleccionará será la B.





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Cortocircuitos: I2cc * t = K * S

2 4800

2 * t = 20473 * 10

2 t =0,08886 s


curva de disparo para Icc/In = 4800/50 = 96) que es menor que 0,08886 s, con lo que

cumple el requisito de cortocircuito.

Donde: Ib =41,6A

Iz = 85 A

In = 50 A

Icc = 4800 A

S = 10 mm2

La curva de disparo para el magnetotérmico C60N H con curva de disparo B es:

Ilustración 7.17: Curva de disparo de la protección C60N,H curva B.


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Analizando la curva de disparo del modelo C60N se obtienen los siguientes tiempos de

retardo en el disparo:

Valor Tiempo de retardo

de la protección

41,6 A 33 minutos

80 A 20 segundos

100 A 10 segundos

150 A 0,02 segundos Tabla 7.12: Respuesta de la protección C60N.

Por lo tanto, considerándose aceptables estos tiempos de retardo, se estimará para la carga

electrónica un magnetotérmico modelo C60N de Schneider Electric con un calibre de 50 A y

un poder de corte de 15 kA.


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7.3.5 Protecciones para el inversor DC/AC:

Como del inversor DC/AC no se conocen datos de su resistencia interna se optó por estimar

de nuevo su valor mediante otro equipo de características similares. Estudiando distintos

modelos y sus características se llegó a la misma conclusión que el convertidor DC/DC y la

resistencia interna de estos equipos es de un valor de pocos miliohmios. Así, se estimará en 3

mΩ. Con este valor, la corriente de cortocircuito resultante es:

Por lo que el poder de corte de magnetotérmico deberá ser superior a 8 kA.

El consumo del inversor DC/AC es:


máximo

Continua 80 A 1 hora

Pico 250 A 20 segundos

Tabla 7.13: Consumo del inversor DC/AC.

Con estos valores se seleccionará un magnetotérmico con 80 A de calibre. Analizando la tabla

de la ilustración 64, el dispositivo que puede servirnos es el modelo C120H con un poder de

corte de 15 kA. Se observa que éste tiene un poder de corte que está bastante del lado de la

seguridad.

Como ocurre en los equipos anteriores, los requisitos de protección hacen que se seleccione

una curva de disparo del magnetotérmico tipo B (esta curva es la misma que la mostrada

anteriormente en el caso del convertidor DC/DC).





142

Cortocircuitos: I2

cc * t = K * S2 8000

2 * t = 20473 * 50

2 t =0,79973 s

Para cortocircuitos, el magnetotermico seleccionado tarda menos de 0,01s (según su

curva de disparo para Icc/In = 8000/80 = 100) que es menor que 0.79973 s , con lo


Donde: Ib =80A

Iz = 225 A

In = 80 A

Icc = 8000 A

S = 50 mm2

La curva de disparo para el magnetotérmico C120N H con curva de disparo B es:

Ilustración 7.18: Curva de disparo de la protección C120N,H curva B.


143

Analizando esta curva, se obtiene unos tiempos de retardo:


máximo

Tiempo de retardo

de la protección

Continua 80 A 1 hora Nunca salta

Pico 250 A 20 segundos 0,02 segundos Tabla 7.14: Tiempos de retardo de la protección C120N,H curva B.

Como se observa en la tabla 7.14, aunque al ser el calibre de 80 A nunca saltará el equipo

cuando trabaje a 80 A, la restricción de consumo máximo de 250A se satisface correctamente.

Así, el magnetotérmico seleccionado para proteger el convertidor DC/AC de la bancada es el

modelo C120H de Schneider Electric con un calibre de 80 A y un poder de corte de 15 kA.

Una vez realizado el pre-dimensionado de los magnetotérmicos que se instalarán en cada

equipo, se muestra a continuación un cuadro resumen con el modelo y las características de

cada uno (ver tabla 7.15).

Ilustración 7.19: Esquema de montaje de protecciones.


144

Equipo a proteger Icc (kA) Modelo Calibre (A) Poder de corte (kA)

Convertidor DC/DC 8 C120H 125 15

Batería Ni-MH 0,4 C60N 32 15

Supercondensador 3,81 C120H 50 15

Carga electrónica 4,8 C60N 50 15

Convertidor DC/AC 8 C120H 80 15

Tabla 7.15: Resumen de protecciones elegidas.

7. BUS de Corriente Continua (DC) -...

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