Caracterización de La Carga en Sistemas de Distribucion[José Espina Alvarado] (BookZZ.org)

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sistemas de distribucion

Text of Caracterización de La Carga en Sistemas de Distribucion[José Espina Alvarado] (BookZZ.org)

  • REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA

    FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ELCTRICA

    DEPARTAMENTO DE POTENCIA

    CCAARRAACCTTEERRIIZZAACCIINN DDEE LLAA CCAARRGGAA EENN SSIISSTTEEMMAASS EELLCCTTRRIICCOOSS DDEE DDIISSTTRRIIBBUUCCIINN

    Prof. Jos Espina Alvarado Maracaibo, 14 de Marzo de 2003

  • A mi amada y preciosa familia

  • iii

    AAGGRRAADDEECCIIMMIIEENNTTOO

    Dios es el dueo de la vida y de todo conocimiento, le doy gracias por permitirme

    completar este sueo; pero ms porque durante este tiempo me dio la ocasin de conocerle

    en una dimensin real: El cristianismo. Gracias Padre por todas tus ddivas, por los talentos

    que me regalaste, por la oportunidad de seguir viviendo, para alabarte y glorificarte en el

    nombre de tu hijo Jesucristo, y por el Espritu Santo que hoy, maana y siempre me

    acompaar en cualquier tarea o situacin que le invocare con ese propsito. Amn.

  • iv

    RREESSUUMMEENN

    ESPINA ALVARADO, Jos Rafael. Caracterizacin de la Carga en Sistemas Elctricos de Distribucin. Trabajo de Ascenso para optar a la Categora de Profesor Agregado. Universidad del Zulia, Facultad de Ingeniera. Maracaibo, 2003. 170 pp.

    Este es el resultado de una investigacin que comenz siendo de carcter descriptivo para actualizar y reforzar el curso de Sistemas de Distribucin del noveno semestre de la carrera de Ingeniera Elctrica de la Universidad del Zulia, y termin siendo aplicada despus de conjugar herramientas de anlisis con experiencias prcticas. Aunque el ingeniero de planeacin del sistema est en libertad de escoger muchos elementos que intervienen en el diseo, no tiene esa ventaja cuando se trata de la Carga. Para caracterizar tan importante variable, debe disponerse de una serie de conceptos y procedimientos. Todo el contenido de esta obra persigue tal propsito, y para ello ha sido estructurada en dos partes: una sobre las generalidades y la otra avanzada, donde son desmentidos muchos enunciados aceptados tradicionalmente como leyes. La primera parte, sobre los Fundamentos de Caracterizacin de la Carga, consta de tres Captulos que profundizan en los temas de Diversidad, Rgimen de Carga y sus aplicaciones, en particular el problema de Balanceo donde se emplean tcnicas avanzadas de anlisis: Componentes Simtricas y Multiplicadores de Lagrange. En la ltima parte, Caracterizacin de Cargas no-lineales tambin de tres Captulos, destaca la aplicacin de la teora de circuitos en el estudio de los principales problemas debidos a las Armnicas, extendiendo a ambientes no-sinusoidales los conceptos de valor eficaz, potencia promedio y factor de potencia.

  • v

    NNDDIICCEE GGEENNEERRAALL

    CONTENIDOS:

    AGRADECIMIENTO ...................................................................................................... iii

    RESUMEN ....................................................................................................................... iv

    NDICE GENERAL .......................................................................................................... v

    ADVERTENCIAS DE FORMA ..................................................................................... xiii

    INTRODUCCIN ............................................................................................................. 1

    CAPTULO 1. DIVERSIDAD DE LA CARGA EN SISTEMAS ELCTRICOS DE

    DISTRIBUCIN. 5

    1.1. Definiciones y Consideraciones Bsicas. ............................................................ 5

    1.2. El concepto de Demanda. ................................................................................... 8

    1.3. Declaracin de la Demanda Mxima ................................................................ 12

    1.4. Factores de Caracterizacin de la Diversidad. ................................................... 14

    1.5. Factores de Demanda y de Utilizacin. ............................................................. 23

    CAPTULO 2. RGIMEN DE CARGA Y PRDIDAS. ............................................... 29

    2.1. Curvas de Duracin de Carga y de Prdidas. ..................................................... 29

    2.2. Factores de Carga y de Prdidas. ...................................................................... 32

  • vi

    CAPTULO 3. APLICACIONES PRCTICAS DE CARACTERIZACIN

    ELEMENTAL: TARIFACIN Y BALANCEO. ............................................................. 46

    3.1. Tarifas Elctricas. ............................................................................................. 46

    3.2. El problema del Balanceo. ................................................................................ 50

    CAPTULO 4. CARACTERIZACIN DE LAS CARGAS GENERADORAS DE

    ARMNICAS. 67

    4.1. Definiciones y Consideraciones Bsicas. .......................................................... 68

    4.2. Anlisis de la Forma de Onda Distorsionada. .................................................... 71

    4.3. Factores de Caracterizacin de la Distorsin. .................................................... 79

    4.4. Fuentes de Armnicas. ..................................................................................... 83

    4.5. Cargas Industriales Generadoras de Armnicas. ............................................... 86

    CAPTULO 5. PRINCIPALES PROBLEMAS DEBIDOS A LAS ARMNICAS. ...... 93

    5.1. Efecto sobre los Conductores. ........................................................................... 95

    5.2. Efecto sobre los Transformadores. ...................................................................102

    5.3. Efecto sobre la Eficiencia del Sistema. ............................................................106

    5.4. Fenmenos de Resonancia. ..............................................................................122

    CAPTULO 6. REGULACIN PARA EL CONTROL DE ARMNICAS. ................129

    6.1. Normativa Europea. .........................................................................................130

    6.2. Normativa Americana. .....................................................................................137

    6.3. Comparacin entre la Norma Europea y la Norma Americana. ........................151

    EPLOGO .......................................................................................................................153

    BIBLIOGRAFA ............................................................................................................155

  • vii

    FIGURAS:

    Figura 1-1. Diagrama unifilar de un Sistema Elctrico de Distribucin de operacin radial. 6

    Figura 1-2. Representacin grfica de una Curva de Demanda Diaria hipottica, con

    acercamiento al entorno del valor de demanda mxima. ............................................. 9

    Figura 1-3. Representacin grfica de la CDD del Ejemplo 1-1. ....................................... 12

    Figura 1-4. PDDs para grupos de dos, cinco, veinte y cien residencias en un rea

    suburbana de gran extensin. La escala vertical es la misma en todos los casos; note

    que mide la demanda diversificada. El pico de carga se reduce en la medida que el

    nmero de clientes aumenta (Fuente: [14]). .............................................................. 15

    Figura 1-5. Perfil de sistema resultante de la coincidencia interclase (Fuente: [20]). ......... 17

    Figura 1-6. Factor de Coincidencia como funcin del Nmero de Clientes Residenciales. 20

    Figura 1-7. Representacin grfica de las Curvas de Carga Diaria (PDDs) del Ejemplo 1-3,

    donde se observa la coincidencia interclase. Segn, se observa la clase dominante en la

    subestacin es del tipo comercial puesto que la demanda mxima ocurre en horas de la

    tarde, a pesar que el transformador 1 tiene una importante caracterstica de utilizacin

    residencial. ............................................................................................................... 21

    Figura 1-8. PDD's de las dos Cargas y del alimentador usando la calculadora HP 48G. .... 23

    Figura 1-9. Configuracin centralizada del transformador de Distribucin para 15 clientes.

    ................................................................................................................................. 26

    Figura 2-1. Representacin de la Curva de Duracin de Carga correspondiente al PDD

    mostrado en la Figura 1-2. Se observa que la demanda est por debajo de la mitad de

    su mximo ms del 90% del tiempo. ........................................................................ 30

  • viii

    Figura 2-2. Representacin grfica de la CDC del alimentador comercial del Ejemplo 1-1.

    ................................................................................................................................. 32

    Figura 2-3. Algunas formas generales de PDD's para clientes con Demanda Mxima al

    medioda. ................................................................................................................. 36

    Figura 2-4. Perfiles de Carga y de Prdidas Escalonados. ................................................. 40

    Figura 2-5. Lmites para los Factores de Prdidas. ............................................................ 41

    Figura 2-6. Validacin de la relacin FPr vs FC del Ejemplo 2-6..................................... 43

    Figura 2-7. Valores frontera del dominio restringido de la relacin FPr vs FC del Ejemplo

    2-6. .......................................................................................................................... 43

    Figura 2-8. Curvas de Duracin de