Sesión 4 - Características de Las Cargas (1)
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-
Caractersticas de la Cargas
Ing. Javier Gustavo Herrera Murcia
-
El modelado y anlisis de un sistema de distribucindependen del comportamiento de las cargas.
Las cargas hacen referencia a los consumos de potencia de
los usuarios en un intervalo de tiempo conocido energa consumida.
La carga vara en el tiempo y en el espacio.
En sistemas elctricos debe haber un compromiso entre loque se consume y lo que se genera.
2
Introduccin
-
Carga Instalada (Ci):
Es la suma de todas las potencias nominales continuas de los
aparatos de consumo conectados a un sistema o a parte de
l, se expresa generalmente en kVA, MVA, kW o MW.
Matemticamente se indica como:
3
Definiciones
-
Capacidad Instalada (Pi):
Corresponde a la suma de las potencias nominales
de los equipos (transformadores, generadores),
instalados a lneas que suministran la potencia
elctrica a las cargas o servicios conectados. Es
llamada tambin capacidad nominal del sistema.
4
Definiciones
-
En general, un usuario esta consumiendo cierta
cantidad de potencia en un instante de tiempo
determinado.
El usuario puede ser residencial, industrial o comercial.
Cuando se promedia esta potencia en intervalos de
tiempo conocidos (15,30 o 60 min) Demanda.
5
Definiciones
-
Demanda:
Es la carga promedio consumida por un usuario en intervalos
definidos de tiempo (15, 30 o 60 min).
Se puede dar en kW, kVA, kVAR, o A.
El perodo durante el cual se toma el valor medio se
denomina intervalo de demanda.
Ej: la demanda de 15min es de 100 kW.
6
Definiciones
-
Curva de Demanda:
Es la curva que muestra la variacin de la carga
promedio consumida por un usuario en intervalos
definidos de tiempo (15, 30 o 60 min).
Pueden realizarse en otros intervalos de tiempo
(diaria, mensual y anual, entre otros).
Las curvas de demanda cambian de acuerdo con el
tipo de consumidor (residencial, comercial,
industrial o alumbrado pblico)
Se puede dar en kW, kVA, kVAR, o A.
7
Definiciones
-
Por ejemplo:
Definiciones
Tomada de: Kersting, W. Distribution System Modeling and Analysis. CRC Press, 2001.
-
Definiciones
9
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Tiempo [min]
CURVAS DE DEMANDA
Carga
instantanea
-
Por ejemplo:
Definiciones
Tomadas de: Kersting, W. Distribution System Modeling and Analysis. CRC Press, 2001.
0 5 10 15 200
1
2
3
4
5
6
7
8Curva de Demanda (Consumidor #1)
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
-
Demanda Mxima.
Es el valor mximo de demanda encontrado en un
intervalo de tiempo, usualmente se evala durante
24 horas, semanal, mensual o anual.
Se debe especificar el intervalo de tiempo que se
utiliz para su clculo.
Ej: La demanda mxima de 15min para la semana
fue de 15 kW.
11
Definiciones
-
12
Definiciones
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Tiempo [min]
CURVAS DE DEMANDA
Carga instantanea
Demanda 10 min
Demanda 20 min
Demanda Mxima de 10min =
15.9 [kW]
Demanda Mxima 10.1[ kW]
-
0 5 10 15 200
1
2
3
4
5
6
7
8Curva de Demanda (Consumidor #1)
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Por ejemplo:
Definiciones
Tomada de: Kersting, W. Distribution System Modeling and Analysis. CRC Press, 2001.
13:15 Demanda Mxima de 15 min = 6.22 [kW]
-
Demanda Promedio:
Es el promedio de potencia consumido en un periodo de
tiempo, usualmente analizado para 24h, 1 semana, 1
mes o un ao.
Se obtiene a partir de la energa. Esta se calcula como la
integral bajo la curva de demanda [kWh].
La demanda promedio se calcula entonces como:
[kW]
Definiciones
14
-
Por ejemplo:
Definiciones
15
0 5 10 15 200
1
2
3
4
5
6
7
8Curva de Demanda (Consumidor #1), Dmax = 6.22 [kW] Dav = 2.5063 [kW]
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Demanda Mxima
-
Curva tpica : Demanda Comercial
16
Definiciones
-
Curva tpica : Demanda Industrial
17
Definiciones
-
Curva tpica : Demanda Comercial.
18
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
P
o
t
e
n
c
i
a
[
p
.
u
]
Tiempo [h]
Curva de demanda horaria
-
Suponga que 4 usuarios van a estar conectados al
mismo transformador.
Cada usuario tendr una curva de demanda diferente
pero conectadas simultneamente al mismo
transformador.
Las curvas se muestran a continuacin.
Definiciones
-
Consumidor #1
Definiciones
0 5 10 15 200
1
2
3
4
5
6
7
8Curva de Demanda (Consumidor #1), Dmax = 6.22 [kW] Dav = 2.5063 [kW]
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Demanda Mxima
-
Consumidor #2
Definiciones
0 5 10 15 200
1
2
3
4
5
6
7
8Curva de Demanda (Consumidor #2), Dmax = 6.883 [kW] Dav = 1.5658 [kW]
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Demanda Mxima
-
Consumidor #3
Definiciones
0 5 10 15 200
1
2
3
4
5
6
7
8Curva de Demanda (Consumidor #3), Dmax = 4.986 [kW] Dav = 4.0658 [kW]
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Demanda Mxima
-
Consumidor #4
Definiciones
0 5 10 15 200
1
2
3
4
5
6
7
8Curva de Demanda (Consumidor #4), Dmax = 7.085 [kW] Dav = 1.8391 [kW]
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Demanda Mxima
-
Resumen de las cargas.
Demanda diversificada:
Suma de las demandas individuales impuestas por un grupo
de cargas en un periodo determinado de tiempo.
Debe incluir las especificaciones del intervalo, periodo de
tiempo y las unidades.
Definiciones
Consumidor #1 Consumidor #2 Consumidor #3 Consumidor #4
Energa [kWh] 60.153 37.581 97.579 44.140
Demanda Mxima [kW] 6.220 6.883 4.986 7.085
Demanda Promedio [kW] 2.506 1.566 4.066 1.839
-
Normalmente la curva de demanda se suaviza a medida que se
incluyen ms usuarios.
Definiciones.
0 5 10 15 200
2
4
6
8
10
12
14
16
18Curva de Demanda Diversificada, DDmax = 16.33 [kW]
Horas [h]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Demanda Diversificada Mxima
-
Demanda diversificada mxima.
Mximo de la curva de demanda diversificada.
No coincide con el mximo de los usuarios individuales.
No coincide con la suma de los mximos de las demandas
individuales.
Definiciones
Consumidor
#1
Consumidor
#2
Consumidor
#3
Consumidor
#4 DD
Energa [kWh] 60.153 37.581 97.579 44.140 239.453
Hora de la Demanda Mxima 13.250 11.500 6.750 20.500 17.500
Demanda Mxima [kW] 6.220 6.883 4.986 7.085 16.330
Demanda Promedio [kW] 2.506 1.566 4.066 1.839 9.977
-
Curva de duracin de carga.
Ordenamiento de mayor a menor de la curva de demanda
diversificada.
El eje del tiempo se expresa en porcentaje.
La curva expresa valor de carga que maneja el transformador
para porcentajes de tiempo dados.
Definiciones
-
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
2
4
6
8
10
12
14
16
18Curva de Duracin de Carga
Tiempo [%]
P
o
t
e
n
c
i
a
[
k
W
]
Definiciones.
-
Mxima carga no-coincidente.
Suma de los mximos individuales de carga, sin tener en
cuenta los instantes en los que ocurren.
En este caso: 6.22 + 6.883 + 4.986 + 7.085 = 25.174 kW
Definiciones.
Consumidor
#1
Consumidor
#2
Consumidor
#3
Consumidor
#4 DD
Energa [kWh] 60.153 37.581 97.579 44.140 239.453
Hora de la Demanda Mxima 13.250 11.500 6.750 20.500 17.500
Demanda Mxima [kW] 6.220 6.883 4.986 7.085 16.330
Demanda Promedio [kW] 2.506 1.566 4.066 1.839 9.977
-
1. Factor de Demanda.
2. Factor de utilizacin.
3. Factor de Carga.
4. Factor de diversidad.
5. Diversidad de carga.
Indicadores tiles
-
Factor de Carga.
Relacin entre la demanda promedio de un usuario
individual o de un grupo de usuarios, y la demanda mxima
sobre el mismo periodo de tiempo.
Da un estimado de qu tan bien estn siendo utilizadas las
redes.
Desde el punto de vista de la empresa debera ser 1 los sistemas
se disean para satisfacer la demanda mxima.
Se implementan polticas en las cuales se estimula o penaliza el valor
del factor de carga.
Indicadores tiles.
-
En el ejemplo.
Indicadores tiles.
Consumidor
#1
Consumidor
#2
Consumidor
#3
Consumidor
#4
Energa [kWh] 60.153 37.581 97.579 44.140
Hora de la Demanda Mxima 13.250 11.500 6.750 20.500
Demanda Mxima [kW] 6.220 6.883 4.986 7.085
Demanda Promedio [kW] 2.506 1.566 4.066 1.839
Factor de Carga 0.403 0.228 0.815 0.260
-
Factor de diversidad.
Es la relacin entre la demanda mxima no coincidente,
contra la demanda mxima diversificada.
La idea es poder calcular la demanda mxima diversificada a
partir de la demanda mxima de cada usuario es til a la
hora del diseo.
Para el ejemplo:
25.174
16.33 1.541
Indicadores tiles.
-
El valor del factor de diversidad vara de acuerdo con
el nmero de usuarios.
Se determina a travs de encuestas y mediciones en campo.
Indicadores tiles.
Tomadas de: Kersting, W. Distribution System Modeling and Analysis. CRC Press, 2001.
-
Por lo menos para este sistema el factor de diversidad
se estabiliza por encima de 70 usuarios.
Visto desde la subestacin, la demanda diversificada
mxima puede ser calculada a partir de la estimacin
de la demanda mxima no coincidente y multiplicada
por el factor de diversidad.
Despejar de la ecuacin original !!
Indicadores tiles.
-
Factor de demanda.
Relacin de la demanda mxima contra la carga conectada.
Se puede calcular para un usuario.
Carga conectada suma de las potencias de los equipos
presentes en una instalacin.
Si para el usuario 1 la carga conectada es de 35 kW, el factor
sera.
6.22
35 0.178
Indicadores tiles.
-
Da una indicacin del porcentaje de equipos que se
encuentran encendidos en el momento de la
demanda mxima.
No se puede calcular para un trasformador o para un
alimentador.
Normalmente siempre es un valor menor a 1.
Indicadores tiles.
-
Factor de Utilizacin
Determina que tan bien se esta aprovechando al dispositivo
que esta alimentando un conjunto de cargas.
El factor de utilizacin es un sistema elctrico en un intervalo
de tiempo t, es la razn entre la demanda mxima
diversificada y la capacidad nominal del sistema (capacidad
instalada)
38
Indicadores tiles.
-
En el ejemplo, si el transformador que alimenta las
cargas es de 15 kVA y las cargas tienen un factor de
potencia de 0.9 en atraso se tendra.
39
Indicadores tiles.
!16.33/0.9
1518.14
15 1.21
-
Diversidad de carga.
Diferencia entre la demanda mxima no coincidente menos
la demanda diversificada mxima.
En el ejemplo: 25.174 16.33 = 8.84
Indicadores tiles.
-
Factor de Planta
Es la relacin entre la energa real producida o servida sobre
un periodo especificado de tiempo y la energa que pudo
haber sido producida o servida si la planta (o unidad) ha
operado continuamente a la mxima capacidad nominal.
Tambin se conoce como factor de capacidad o factor de
uso.
41
Indicadores tiles. (Otros).
-
Factor de Coincidencia
Determina la coincidencia de consumo de la demanda de un
grupo de usuarios
1
El valor mximo es 1, y se da cuando todos los usuarios tienen exactamente
la misma costumbre de consumo.
42
Indicadores tiles. (Otros).
-
La empresa de energa local realiz las instalaciones de un conjunto de 20 casas, enla cual la carga instalada a cada casa es de 9kVA a una tensin nominal de 120V. Lacurva de perfil de demanda por usuario se ha logrado obtener dentro de esteconjunto para 4 grupos de usuarios con los mismos hbitos de consumo.
Grupo 1 compuesto por 8 casas, se conoce que la demanda por casa es: : 0.5kVA de 0:00 a.m -5:59 a.m 3kVA de 11 a.m -3:59 pm, 7kVA 4 p.m. 8:59p.m., 6kVA de 9.pm a 11:59 p.m.,
Grupo 2 compuesto por 5 casas, el consumo por casa es: 2kVA de 1 a.m -7 a.m, 4kVA 7 a.m. 10:59 a.m. y 5kVA de 11 a.m. 5:59 p.m. y luego 3kVA de 6.pm a 9:59 p.m., 7kVA de 10.pm a 1a.m.
Grupo 3 de usuarios, compuesto por las 5 casas restantes, el consumo por casa es: 4kVA de 10a.m -2:59 pm, 3kVA 3 p.m. 8:59p.m. y 7kVA de 9 p.m. 10:59 p.m. y luego 1kVA de 11.pm a 9a.m.
Grupo 4 de usuarios, compuesto por las 2 casas restantes, el consumo por casa es: 1kVA de 0:00a.m -3:59 a.m, 6kVA de 4:00 a.m -6:59 am, 4kVA 7 a.m. 10:59 a.m. y 8kVA de 12 m. 3:59 p.m.,4kVA 4 p.m. 6:59 p.m., 4kVA 4 p.m. 6:59 p.m
Dibuje la Curva de Demanda Diversificada para cada grupo de casas
Dibuje la curva de demanda mxima diversiada para el grupo de 20 casas
Dibuje la curva de demanda diversificada para un grupo de 10 casas de las cuales 2 son gel grupo4, 3 del grupo 2 y 5 del grupo 1.
Dibuje la curva de demanda diversificada para un grupo de 10 casas de las cuales 2 son gel grupo1, 5 del grupo 2 y 3 del grupo 1.
Calcule la Demanda mxima diversificada.
43
Tarea.
-
Realice la curva de demanda de su casa
Realice las siguientes acciones para calcularla:
Metodologa 1
1. Determine la potencia de cada uno de los equipos elctricos y electrnicos que ustedusa en su casa
2. Calcule el tiempo que duran encendidos los diferentes equipos cada hora
3. Multiplique el tiempo que dura cada equipo por la Potencia y divdalo por el periodousado (En este caso 1 hora) (Nota: Utilice siempre las mismas unidades)
Metodologa 2
1. Lea el contador de la casa en intervalos de 30 minutos y luego divdalo por el intervalode tiempo usado (Para este caso 0.5h).
44
TAREA.