sesión 4 - características de las cargas (1)

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


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


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


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


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.

sesión 4 - características de las cargas (1)

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