Caracterización de La Carga

8/15/2019 Caracterización de La Carga

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DIPLOMADO

PLANIFICACIÓN Y OPERACIÓN

EFICIENTE

DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE

DISTRIBUCIÓN

Ingeniería de Distribución

Caracterización

de la Carga


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Caracterización de la Carga. 2016

I N G . M S c . E D N A J . L Ó P E Z R Página 1

IMPORTANCIA DE LAS CARGAS

Como ya hemos mencionado los sistemas de distribución se utilizan para llevar laenergía eléctrica desde las subestaciones de subtransmisión hasta las cargas o

puntos de consumo. Es decir, la finalidad de estos sistemas es satisfacer losrequerimientos de las cargas considerando el crecimiento futuro de las mismas.

El conocimiento detallado de las cargas se requiere para:

1. La planificación de los sistemas de distribución: Tomando en cuenta elcomportamiento de los diferentes tipos de cargas en un período de tiempodeterminado (data histórica), se estima el crecimiento que esta tendrá en unperíodo futuro (corto y mediano plazo) con el propósito de diseñar laexpansión del sistema de distribución. Es decir cuáles son las obras quedeben ejecutarse a partir de hoy y que permitan en un futuro abastecer los

requerimientos de carga que existirán en ese momento.

2. Diseño y construcción del sistema de distribución: Tomando en cuenta laimportancia de las cargas a ser servidas, se diseñan los sistemas quepuedan satisfacer los requerimientos de calidad que estas cargas exigen.Cuando hablamos de calidad nos estamos refiriendo a los parámetros conque es entregado el servicio eléctrico y a la confiabilidad de las redes. No eslo mismo alimentar una carga residencial que una carga crítica como es elcaso de un hospital en donde se puede poner en riesgo la vida de laspersonas.

3. Operación del sistema de distribución: al igual que en caso anterior laoperación del sistema de distribución, en condiciones normales o deemergencia, consideran el tipo de cargas servidas para la programación delas maniobras que deben realizarse en el sistema. En caso de contingenciasla recuperación de las cargas se hace en base a prioridades previamenteestablecidas. Igual es el caso cuando por problemas de inestabilidad de lossistemas es necesario realizar botes de carga, que se hacen en base apriorizaciones similares a las anteriores.

4. Análisis de los circuitos: las cargas son necesarias para determinar losvoltajes y los flujos de carga en los sistemas, para la planificación, operacióno mejoras en los mismos con el propósito de garantizar un servicio decalidad.

5. Facturación: Luego del proceso de distribución de la energía corresponde alas empresas distribuidoras determinar el consumo de energía y demanda decada uno de sus suscritores. Para ello deben realizar previamente losprocesos de medición, lectura y facturación la cual se basa en estudiosplasmados a través de pliegos o cuadros tarifarios.


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Estos son algunos ejemplos que nos permiten entender la importancia de lascargas en la planificación, diseño, análisis y operación de los sistemas dedistribución.

CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS

Existen diferentes maneras para clasificar las cargas, por ubicación geográfica,por tipo de consumidores, etc. Las clasificaciones de cargas más frecuentementeutilizadas son las siguientes:

1. Por su ubicación geográfica: Urbanas Rurales

2. Por el tipo de consumidor Residencial Comercial Industrial

3. Por su dependencia del servicio eléctrico. Crítica Emergencia Normal


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CARGA Y DEMANDA

Carga: Capacidad de placa de un aparato operando bajo condiciones dadas. Se

miden en kVA, kW, kVAr, A.

Demanda: (de una instalación o de un sistema) Es la carga promediada sobre unintervalo de tiempo determinado. Se expresa en las mismas unidades de la carga,haciendo mención al período sobre el cual se promedia.

Intervalo de Demanda: período sobre el cual la carga se promedia.

El intervalo de demanda normalmente usado es de 15 min., sin embargo laescogencia del mismo depende de la duración de las carga. Para cargasmomentáneas como la del arranque de los motores puede utilizarse un intervalo

de 15 min., para cargas de mayor duración este intervalo debe ser mayor.

Demanda máxima: Mayor de todas las demandas que ocurren en un período detiempo. Al hablar de demanda máxima debe indicarse el intervalo de demanda yel periodo en el cual fue la máxima demanda, como por ejemplo diariamente,mensualmente, anualmente.

Ej: Demanda máxima para un intervalo de demanda de 10 minutos, en un períodode un mes.

Algunas definiciones contempladas en la Ley del Servicio y Sistema y otrasreglamentaciones vigentes.

Demanda eléctrica: Requerimiento de potencia y energía eléctrica de un usuario,sector o sistema eléctrico.

Carga Total Conectada o Instalada del usuario: Es la suma de la potencianominal (kVA o kW) de todos los equipos que se encuentren en el inmuebleservido, conectados para el servicio del usuario.

Capacidad o Carga Instalada de La Distribuidora: Es la potencia total en kVAque La Distribuidora pone exclusivamente a disposición del usuario en el punto deentrega.

Demanda Contratada: Es la demanda máxima que La Distribuidora estácomprometida a entregar al usuario de acuerdo con el contrato de servicio.


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TIPO DE ALIMENTADOR DENSIDAD DE CARGA LINEALkVA/km

Muy Baja Densidad kVA/km


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0,00

25,00

50,00

75,00

100,00

125,00

150,00

175,00

M W h

Hora

CLIENTES DE BAJA TENSION RESIDENCIAL

BTR

0,00

25,00

50,00

75,00

100,00

125,00

150,00

175,00

0 0 : 0 0

0 1 : 0 0

0 2 : 0 0

0 3 : 0 0

0 4 : 0 0

0 5 : 0 0

0 6 : 0 0

0 7 : 0 0

0 8 : 0 0

0 9 : 0 0

1 0 : 0 0

1 1 : 0 0

1 2 : 0 0

1 3 : 0 0

1 4 : 0 0

1 5 : 0 0

1 6 : 0 0

1 7 : 0 0

1 8 : 0 0

1 9 : 0 0

2 0 : 0 0

2 1 : 0 0

2 2 : 0 0

2 3 : 0 0

M W h

Hora

CLIENTES DE BAJA TENSION (No Residenciales)

0,00

25,00

50,00

75,00

100,00

M W h

Hora

CLIENTES DE MEDIA TENSION (24 kV)

MT1


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Demanda Máxima de Potencia del Sistema Eléctrico Nacional

La demanda máxima del sistema es el valor máximo de potencia neta horariamedido por el Centro de Control del CNG, que considera todas las empresas que

conforman la Corporación Eléctrica Nacional.

Términos utilizados para describir la demanda

Demanda diversificada odemanda coincidente: si seconsidera un grupo de cargas; esla demanda del grupo como untodo (suma de las demandasimpuestas por cada carga) sobreun intervalo particular. Es decir;es la suma de las contribucionesde las demandas individuales a lademanda diversificada.


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Factor de pérdidas: relación entre las pérdidas promedio y las pérdidas en el picode carga.

FLS = pérdidas promedio / pérdidas en el pico

Esta relación es válida para las perdidas dependientes de la carga, perdidas en elcobre, pero no para las perdidas en vacío, perdidas en el hierro. Indica el gradopara el cual la pérdida de carga dentro de un aparato durante la carga pico d semantiene en un periodo considerado.

FLS = 0.3FLD + 0.7(FLD)2

Tabla resumen

Factor Fórmula Características

Factor de demanda DF = máxima demanda /carga total conectada

Valor que indica en que gradola carga total conectada esoperada simultáneamente. Esmenor o igual a 1.

Factor de utilizaciónFu = máxima demanda /capacidad nominal del

sistema

Indica el grado en que unsistema es cargado durante elpico de carga con respecto a

su capacidad. Es menor o igualque la unidad.

Factor de cargaFLD = carga promedio /pico de carga (demanda

máxima)

El factor de carga indica elgrado en el cual el pico decarga se mantiene durante un

periodo. Es menor o igual quela unidad.

Factor de diversidad FD = (D1 + D2 + D3 +... ) /Dg Este factor es mayor o igual ala unidad

Factor de coincidenciaFc = Dg/(D1 + D2 + D3 +.. )

Fc = 1 / FD

Este factor es menor o igual ala unidad

Diversidad de carga LD = (D1 + D2 + D3 +... ) -Dg

Factor de contribución Dg = c1 * D1 + c2 * D2 + c3* D3 +...

Factor de pérdidas

FLS = pérdidas promedio /

pérdidas en el picoFLS = b FLD + (1-b)(FLD)2

b = 0.15 para transformadores

y b = 0.30 para alimentadores


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Fábricas de porcelanas 22000

Imprenta periódicos 32000

Industrias pesadas 100000

Industrias medianas 80000

Industrias pequeñas 50000

Cálculo de la demanda máxima.

Como se mencionó anteriormente el valor más importante a considerar a la horade diseñar un sistema o un circuito, como es en nuestro caso, es la demanda

máxima, ya que ésta representa la mayor de las exigencias a este circuito encondiciones normales de funcionamiento.Hablamos igualmente que existen dos valores de demanda máxima que puedenconsiderarse, la demanda diversificada o coincidente, y la demanda nocoincidente. La escogencia de cual valor de demanda se debe utilizar dependeráde las características de las cargas que se pretenden servir. La demandadiversificada se utiliza cuando las cargas o grupos de cargas a ser alimentadasson parecidos u homogéneos. Cuando se trata de cargas de características muydiferentes se utiliza la demanda no coincidente.

Información a considerar para el cálculo de la demanda máxima

1. Características demográficas de la zona: Esta información puede sersuministrada por la Oficina Central de Información o a través depublicaciones de organismos regionales.

2. Características socioeconómicas3. Zonificaciones y polos de desarrollo: Esta información se consigue en las

Oficinas de Planificación Urbana a través de los Planes de Desarrollo Urbano(P.D.U.L.) y ordenanzas municipales.

4. Planes especiales de la ciudad: Fundación Jacinto Lara, FUNREVI, etc.5. Información del servicio eléctrico y planes de desarrollo previstos para la

zona: Suministrada por la empresa encargada de la distribución del servicio

eléctrico para la región.

La demanda de saturación

Los estudios de demanda deben considerar el crecimiento que la cargaexperimentará en el tiempo. En el caso de proyectos que se ejecutarán por fases,


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Tipo de suscriptorFactor de demanda

(%)Oficinas 60

Comercios 40Hospitales, clínicas 30

Supermercados 40

Restaurante 40

Locales industriales 75

Viviendas 50

Estimación de la demanda diversificada Residencial. Método de la

Westinghouse.Este método es muy utilizado y considera la diversidad entre cargas similares y lano coincidencia entre los picos de los diferentes tipos de carga, a través del Factorde Variación horaria que indica el porcentaje en que cada tipo de carga (artefacto)contribuye a la demanda máxima.

El método utiliza una familia de curvas que representan la demanda máxima porartefacto contra el número de artefactos para varias cargas residenciales típicas.

Las curvas están graficadas hasta para un máximo de 100 artefactos, cuando lacantidad de artefactos excede esta cantidad debe utilizarse la siguiente ecuación:

Y = A + B/X – A/X

DONDE:

Y: es la demanda máxima diversificada por artefactoX: es el número de artefactosB: es la demanda máxima de 1 artefacto

A: es la demanda máxima diversificada para infinitos aparatos

Los valores típicos de A y B son los siguientes.


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TIPO DE ARTEFACTO A BLuz y misceláneos 0,046 0,175

Refrigerador 0,052 1,079

Calentador 0,731 1,494

Secadora 1,187 4,272Cocinas eléctricas 0,533 2,282

Aire acondicionado ½ HP 0,304 0,429

Aire acondicionado 3/4 HP 2,095 3,160

Aire acondicionado 1 HP 0,483 3,750

Hidroneumáticos 0,316 1,800

Procedimiento de cálculo.

1. Obtener el número de artefactos de cada tipo; multiplicando el número total

de suscriptores por el factor de uso (FU).Siendo el factor de uso el porcentaje de suscriptores que se estima utilicen undeterminado tipo de artefacto.

2. Obtener de la curva, la demanda diversificada por artefacto, para el númerode artefactos obtenidos o en su defecto utilizar la fórmula. (DV)

3. Obtener el factor de variación horaria de la tabla B4. Obtener el valor de la Demanda máxima para cada tipo de artefacto,

multiplicando la demanda diversificada por unidad por el factor de variaciónhoraria, determinado en el punto anterior.

5. La demanda total es la sumatoria de las demandas diversificadas por cadatipo de artefacto.

Número de suscriptores: (N)

Tipo deArtefacto

Cantidad deartefactos

Dem. Div.Max. Prom.

(KVA)

FactorHorario

Dem. Div. Total(KVA)

1 X1=N * FU(1) DV(1) FH(1) D(1) = DV(1) * FH(1)

2 X2=N * FU(2) DV(2) FH(2) D(2) = DV(2) * FH(2)

3 X3=N * FU(3) DV(3) FH(3)

D(3) = DV(3) * FH(3)

TOTAL DT= D(1)+D(2)+D(3)


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EJERCICIO

Calcular la demanda máxima para un grupo de 25 viviendas, ubicadas en unazona de clase media; conociendo que la misma se presenta a las 7:00 p.m.

Solución.

De acuerdo a las características de los suscriptores de la zona se han consideradolos siguientes factores de uso

Artefactos % Factor de Uso

Luz y Misceláneos 100

Refrigeradores 100

Calentadores 40

Cocina Eléctrica 80 Aire acondicionado 40

1. Calcular el número de artefactos de cada tipo. (X)

Tipo de ArtefactoFactor de

usoX

1 Luz y Misceláneos 100 25*1 = 25

2 Refrigeradores 100 25*1 = 25

3 Calentadores 40 25*0,4 = 10

4 Cocina Eléctrica 80 25*0,8 = 20

5 Aire acondicionado 40 25*0,4 = 10

2. Obtener de la curva, la demanda diversificada por artefacto, o en su defectoutilizar la formula. (DV)

Tipo de ArtefactoFactor de

usoX DV

1 Luz y Misceláneos 100 25*1 = 25 0,0512 Refrigeradores 100 25*1 = 25 0,093

3 Calentadores 40 25*0,4 = 10 0,782

4 Cocina Eléctrica 80 25*0,8 = 20 0,708

5 Aire acondicionado 40 25*0,4 = 10 0,317


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3. Obtener el factor de variación horaria de la tabla anexa

Tipo de ArtefactoFactorde uso

X DV FH

1 Luz y Misceláneos 100 25*1 = 25 0,051 12 Refrigeradores 100 25*1 = 25 0,093 0,95

3 Calentadores 40 25*0,4 = 10 0,782 0,80

4 Cocina Eléctrica 80 25*0,8 = 20 0,708 0,3

5 Aire acondicionado 40 25*0,4 = 10 0,317 0,91

4. Obtener el valor de la Demanda máxima para cada tipo de artefacto,multiplicando la demanda diversificada por unidad por el factor de variaciónhoraria, determinado en el punto anterior.

5. La demanda total es la sumatoria de las demandas diversificadas por cada

tipo de artefacto.

Tipo de ArtefactoFactorde uso

X DV FH D

1 Luz y Misceláneos 100 25*1 = 25 0,051 1 1,279

2 Refrigeradores 100 25*1 = 25 0,093 0,95 2,211

3 Calentadores 40 25*0,4 = 10 0,782 0,80 6,256

4 Cocina Eléctrica 80 25*0,8 = 20 0,708 0,3 4,248

5 Aire acondicionado 40 25*0,4 = 10 0,317 0,91 2,880

TOTAL 16,874

La demanda total del para los diferentes tipos de suscriptores es la suma de lasdemandas de cada tipo de suscriptor en particular, es decir:

Demanda Total = demanda residencial + demanda no residencial + demandade alumbrado público

Esta demanda será útil al momento de determinar el calibre del conductor quealimentará al conjunto de cargas y la protección que le corresponda. Para ladeterminación del tamaño de los transformadores para cada sector, es mas

conveniente utilizar la demanda individual por tipo de suscriptor, calculándolacomo:

Demanda residencial = demanda total residencial / cantidad de suscriptoresresidenciales


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A - secador de ropasB - calentador de agua fuera de pico, carga fuera de picoC - calentador de agua no controladoD - cocinas eléctricasE - iluminación y aplicaciones misceláneas

F - enfriador de ambiente (0.5 HP)G- calentador de agua fuera de pico, carga de pico (elemento superior no controlado)H - quemador de calefactorI - congelador (freezer) tipo residencialJ - refrigerador (heladera)

K- aire acondicionado central que incluye bomba de enfriamiento, y bomba de calor5 HPL - calefactor de casa, que incluye bomba de calor calefacción conectada de 15 kW ybomba 5 HP


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Ó

Factores de Variación Horaria

Hor

a

Luz y

Misceláneos

Refrigeraci

ón

Calentad

or

Secador

a

Cocinas

eléctricas

Aire

acond.

Hidroneumáti

co12M

.32 .93 .51 .03 .02 .40 0

1 .12 .89 .37 .02 .01 .39 0

2 .10 .80 .30 0 .01 .36 0

3 .09 .76 .22 0 .01 .35 0

4 .08 .79 .15 0 .01 .35 0

5 .10 .72 .14 0 .02 .33 0

6 .19 .75 .16 0 .05 .30 0

7 .41 .75 .46 0 .30 .41 1.008 .35 .79 .70 .08 .47 .53 1.00

9 .31 .79 1.00 .20 .28 .62 .50

10 .31 .79 1.0 .65 .22 .72 .40

11 .30 .85 .99 1.00 .22 .74 .50

12 .28 .85 .98 .98 .33 .80 1.00

1 .26 .87 .86 .70 .25 .86 1.00

2 .29 .90 .82 .65 .16 .89 .50

3 .30 .90 .81 .63 .17 .96 .40

4 .32 .90 .79 .37 .24 .97 .30

5 .70 .90 .75 .30 .80 .99 0.00

6 .92 .90 .75 .22 1.00 1.00 1.00

7 1.00 .95 .80 .26 .30 .91 1.00

8 .95 1.00 .81 .20 .12 .79 .70

9 .85 .95 .73 .18 .09 .71 .60

10 .72 .88 .67 .10 .05 .64 .30

11 .50 .88 .59 .04 .04 .55 0

12M

.32 .93 .51 .03 .02 .40 0

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