Un banco de carga es un equipo de prueba eléctrica que se utiliza para simular una carga eléctrica , para probar una fuente de energía eléctrica sin conectarla a su carga operativa normal. [1] [2] Durante los procedimientos de prueba, ajuste, calibración o verificación, un banco de carga se conecta a la salida de una fuente de energía, como un generador eléctrico , una batería , un servoamplificador o un sistema fotovoltaico , en lugar de su carga habitual. El banco de carga presenta a la fuente características eléctricas similares a su carga operativa estándar, al tiempo que disipa la salida de energía que normalmente consumiría. La energía generalmente se convierte en calor mediante una resistencia de alta resistencia o un banco de elementos calefactores resistivos en el dispositivo, y el calor se elimina mediante un sistema de enfriamiento de aire o agua forzado . El dispositivo generalmente también incluye instrumentos para medición, control de carga y protección contra sobrecargas. Los bancos de carga se pueden instalar de forma permanente en una instalación para conectarse a una fuente de energía cuando sea necesario, o se pueden usar versiones portátiles para probar fuentes de energía como generadores de reserva y baterías. Son complementos necesarios para replicar, probar y verificar las demandas de la vida real en sistemas de energía críticos. [2] También se utilizan durante el funcionamiento de fuentes de energía renovables intermitentes, como turbinas eólicas, para eliminar el exceso de energía que la red eléctrica no puede absorber. [3]
Los bancos de carga se utilizan en una variedad de aplicaciones, que incluyen:
Los tres tipos más comunes de bancos de carga son resistivos, inductivos y capacitivos. Tanto las cargas inductivas como las capacitivas crean lo que se conoce como reactancia en un circuito de CA. La reactancia es la oposición de un elemento del circuito a una corriente alterna , causada por la acumulación de campos eléctricos o magnéticos en el elemento debido a la corriente y es el componente "imaginario" de la impedancia, o la resistencia a las señales de CA a una determinada frecuencia. La reactancia capacitiva es igual a 1/(2⋅π⋅f⋅C), y la reactancia inductiva es igual a 2⋅π⋅f⋅L. La unidad de reactancia es el ohmio . La reactancia inductiva resiste el cambio a la corriente, lo que hace que la corriente del circuito se retrase con respecto al voltaje. La reactancia capacitiva resiste el cambio a la tensión, lo que hace que la corriente del circuito se adelante al voltaje.
Un banco de carga resistivo, el tipo más común, proporciona una carga equivalente tanto para los generadores como para los motores primarios . Es decir, por cada kilovatio (o caballo de fuerza ) de carga aplicada al generador por el banco de carga, el generador aplica una cantidad igual de carga al motor primario. Por lo tanto, un banco de carga resistivo extrae energía de todo el sistema: banco de carga del generador, generador del motor primario, motor primario del combustible. Se extrae energía adicional como consecuencia del funcionamiento del banco de carga resistivo: calor residual del refrigerante, pérdidas de escape y del generador y energía consumida por dispositivos accesorios. Un banco de carga resistivo afecta a todos los aspectos de un sistema generador.
La carga de un banco de carga resistivo se crea mediante la conversión de energía eléctrica en calor a través de resistencias de alta potencia, como las resistencias de rejilla . Este calor debe disiparse del banco de carga, ya sea por aire o por agua, por medios forzados o por convección .
En un sistema de prueba, una carga resistiva simula cargas resistivas de la vida real, como cargas de iluminación incandescente y de calefacción, así como el componente de factor de potencia resistivo o unitario de cargas magnéticas (motores, transformadores).
El tipo más común utiliza resistencia de cable, generalmente con refrigeración por ventilador, y este tipo suele ser portátil y trasladarse de un generador a otro para realizar pruebas. A veces, una carga de este tipo se incorpora a un edificio, pero esto es poco habitual. [4]
En raras ocasiones se utiliza un reóstato de agua salada . Se puede improvisar fácilmente, lo que lo hace útil en lugares remotos.
Para probar baterías de automóviles , un banco de carga de pilas de carbón permite colocar una carga ajustable en la batería o el sistema de carga, lo que permite una simulación precisa de la carga pesada en la batería durante el arranque del motor. Estos dispositivos suelen ser portátiles y pueden incluir medidores para mostrar el voltaje y la corriente. [5]
Una carga inductiva incluye cargas inductivas ( factor de potencia retrasado ).
Una carga inductiva consiste en un elemento reactivo con núcleo de hierro que, cuando se utiliza junto con un banco de carga resistiva, crea una carga con factor de potencia en retraso. Normalmente, la carga inductiva se clasificará en un valor numérico del 75 % del de la carga resistiva correspondiente, de modo que cuando se aplican juntas se proporciona una carga con factor de potencia resultante de 0,8. Es decir, por cada 100 kW de carga resistiva, se proporcionan 75 kVAr de carga inductiva. Son posibles otras relaciones para obtener otras clasificaciones de factor de potencia. Una carga inductiva se utiliza para simular cargas comerciales mixtas de la vida real que consisten en iluminación, calefacción, motores, transformadores, etc. Con un banco de carga resistiva-inductiva, es posible realizar pruebas de sistemas de potencia completos, porque la impedancia proporcionada suministra corrientes desfasadas con respecto al voltaje y permite la evaluación del rendimiento de generadores, reguladores de voltaje, cambiadores de tomas de carga, conductores, aparamenta y otros equipos. [4]
Un banco de carga capacitivo o un banco de condensadores es similar a un banco de carga inductivo en cuanto a su clasificación y propósito, excepto que se crean cargas de factor de potencia adelantado, por lo que la potencia reactiva se suministra desde estas cargas al sistema en lugar de al revés. Por lo tanto, para una carga principalmente inductiva, esto puede acercar el factor de potencia a la unidad, mejorando la calidad del suministro. Estas cargas simulan ciertas cargas electrónicas o no lineales típicas de las industrias de telecomunicaciones, informática o SAI. Los tubos de luz fluorescente también son cargas capacitivas.
Un banco de carga combinado generalmente consta de elementos resistivos e inductores que se pueden utilizar para proporcionar pruebas de carga con un factor de potencia distinto de la unidad (retraso), incluida la capacidad de probar el grupo electrógeno por completo al 100 % de la potencia nominal en kVA. Los bancos de carga combinados incorporan resistencias e inductores, todos en una única construcción que se puede conmutar de forma independiente para permitir pruebas de factor de potencia solo resistivo, solo inductivo o con retraso variable. Los bancos de carga combinados se clasifican en kilovoltamperios (kVA). Vale la pena señalar que los bancos de carga combinados también pueden constar de resistencia, inducción y capacitividad (RLC). [2]
Por lo general, las instalaciones requieren dispositivos accionados por motor, transformadores y condensadores. Si este es el caso, los bancos de carga utilizados para las pruebas requieren compensación de potencia reactiva. La solución ideal es una combinación de elementos resistivos y reactivos en un solo paquete de banco de carga.
Las cargas resistivas/reactivas pueden imitar cargas de motor y dispositivos electromagnéticos dentro de un sistema de energía, además de proporcionar cargas puramente resistivas.
Muchos generadores y turbinas de respaldo deben ponerse en funcionamiento a su capacidad nominal utilizando una combinación de carga resistiva y reactiva para calificar completamente su capacidad operativa. El uso de un banco de carga resistiva/reactiva permite realizar pruebas integrales desde una sola unidad. Hay una variedad de bancos de carga resistiva/reactiva disponibles para simular estos tipos de cargas en una fuente de energía y los transformadores, relés e interruptores que distribuirán la energía por toda la instalación.
Los bancos de carga resistivos/reactivos se pueden utilizar para probar turbinas, cuadros de distribución, SAI rotativos, generadores y sistemas SAI. También se pueden utilizar para pruebas de sistemas integrados de sistemas de protección de subestaciones de servicios públicos, en particular para relés más complejos como los de distancia, sobrecorriente direccional, direccional de potencia y otros. A menudo se requiere una carga inductiva y/o capacitiva resistiva/reactiva para probar inversores solares y garantizar que los paneles solares puedan dejar de producir electricidad en caso de un corte de energía. Los bancos de carga combinados resistivos/reactivos se utilizan para probar el grupo electrógeno con su factor de potencia nominal. En la mayoría de los casos, este es un factor de potencia de 0,8. [6]
Un banco de carga electrónico tiende a ser un diseño totalmente programable, refrigerado por aire o agua, que se utiliza para simular una carga de estado sólido y proporcionar potencia constante y carga de corriente en circuitos para pruebas de precisión.
Cuando una locomotora diésel-eléctrica está equipada con frenado dinámico , la resistencia de frenado se puede utilizar como banco de carga para probar el conjunto motor-generador.
En los ferrocarriles eléctricos , las locomotoras eléctricas antiguas que ya no se necesitan para el servicio regular a veces se convierten en bancos de carga móviles para probar los equipos de las líneas aéreas y los sistemas de distribución de energía. [7]