Estudio de carga http://159.90.80.55/tesis/000139722.pdf http://albazamora.blogspot.com/2010/04/carga-y-demanda-unidad-iii.html http://seventec.com.ve/archivos_noticias/Instalaciones%20electricas%20%20Criterios%20de%20planificacion.pdf Criterio de selección de componentes de instalaciones eléctricas Unidad V. Selección de Componentes Eléctricos. Establecer los criterios a ser utilizados en la selección de los componentes eléctricos. Mediante las distintas herramientas o criterios como lo son: caída de tensión, http://es.scribd.com/doc/21602616/Caida-de-Tension http://es.scribd.com/doc/63042256/Calculo-de-caida-de-tension-en-conductoresde-BT capacidad de corriente, capacidad de interrupción y otros. http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/ele.yelectro/t8_instalacio nes_electricas.pdf Publicado por Prof. Ing. Javier López http://inst-electricas-unefa-civil.blogspot.com/2009/10/unidad-v-seleccion-decomponentes.html Fundamentos de las instalaciones eléctricas de baja tensión https://es.wikiversity.org/wiki/Instalaciones_El%C3%A9ctricas http://www.negratin.com/industrial/electricidad-bt-y-mt/ MEDIA Y BAJA TENSION BT, MT http://www.academia.edu/10884495/Concepto_de_Breakers_el%C3%A9ctricos http://159.90.80.55/tesis/000139722.pdf Estudio de cargas. El estudio detallado de la carga a servirse es sin lugar a duda el pilar fundamental en el cual descansa un proyecto eléctrico. Si no se conocen exactamente las necesidades de cargas actuales y futuras no se podrá dar un buen servicio. Cualquier esfuerzo por lograr un estudio completo y detallado de la carga es justificable. Una estimación de la demanda errada por exceso o por defecto tiene efectos igualmente perniciosos. Lo más frecuente, cuando no se usan técnicas apropiadas de estimación, es la tendencia a sobreestimar la demanda. [11] Para realizar un estudio de cargas hay que definir previamente si ésta es de tipo residencial, comercial, industrial, educacional, entre otros. Según el tipo de carga el Código Eléctrico Nacional define claramente los criterios mínimos que deberán cumplirse para una adecuada estimación de la misma. Existen estadísticas de demanda de acuerdo al tipo de edificación que sirven bien para acotar la estimación de la demanda. En la sección 220 del CEN, se encuentran diversas tablas para calcular la demanda de acometidas, alimentadores y ramales en proyectos residenciales pero no está ninguna información para demanda de oficinas, industrias u otros usos. Por ejemplo, se pueden nombrar las tablas 220-11 “Factores de Demanda para Tableros de Iluminación”, 220-13 “Factores de Demanda para Cargas de Tomacorrientes en Unidades no Residenciales”, entre otras. Adicionalmente, en la parte III de la sección 220 del CEN “Cálculos Opcionales para la Determinación de Alimentadores y Cargas de Acometida”, se mencionan criterios adicionales que pueden ser considerados para estimar las demandas. Conceptos básicos para estimación de la demanda. a) Demanda. Se entiende por demanda, la carga utilizada, promediada durante un período de tiempo determinado. [12] b) Demanda máxima. Es el valor máximo de demanda determinado en un periodo, típicamente de 24 horas. Esta demanda es la que condiciona el diseño de la distribución eléctrica. b) Carga Conectada. Se entiende por carga conectada a la sumatoria del valor de la carga nominal (tomada de los datos de placa) de todos los equipos consumidores, que se encuentren conectados a la red del sistema. [12] c) Factor de Demanda. Relación entre la demanda máxima de un sistema o parte de él y la carga total conectada al sistema o parte del sistema en consideración. [6] e) Factor de Potencia. Se define como la relación entre la potencia activa y la potencia reactiva. Clasificación de las cargas. La clasificación de las cargas puede llevarse a cabo según el propósito del estudio que se desee realizar [11]. Por ejemplo, se pueden clasificar según su uso en: •Residencial. •Comercial. •Industrial. •Institucional. Existen además otras clasificaciones que no aplican en esta investigación. En adición al método sugerido para la estimación de cargas del CEN se puede encontrar en el libro “Proyecto del Sistema de Distribución Eléctrico” del Prof. Alberto Naranjo un método adicional para realizar la estimación de la demanda de tipo Residencial, Comercial, Industrial e Institucional. Cálculos. Existen diferentes tipos de cálculos y criterios que deben ser tomados en cuenta a la hora de elaborar un proyecto de instalaciones eléctricas. Estos cálculos son aquellos relacionados a: La selección de conductores, selección de las protecciones y selección de las canalizaciones. Es importante enfatizar que los cálculos no son suficientes a la hora de seleccionar todos los equipos eléctricos del proyecto, adicionalmente a estos cálculos es necesario tomar en consideración ciertos criterios de seguridad, flexibilidad, de operación y mantenimiento que garanticen un buen diseño de las instalaciones. Cálculos para la selección de los conductores. Los conductores deben cumplir restricciones de capacidad térmica y de caída de tensión con el fin de garantizar la calidad del servicio eléctrico. a) Capacidad Térmica. La capacidad de transporte de energía eléctrica que tiene un conductor está condicionada por varios factores: la conductividad del material conductor, tipo de instalación, temperatura ambiente, número de conductores por ducto, tipo de aislante, entre los más importantes. El hecho de que el conductor tenga una resistencia eléctrica hace que se presente el efecto Joule, cuya expresión es la siguiente. [10] Se sabe además que: . Donde ρ es la resistividad del conductor, L la longitud y A el área de la sección transversal del mismo. El calor generado, básicamente por efecto Joule, si no es disipado total e inmediatamente provoca un aumento de la temperatura del conductor con respecto a la del ambiente. Existen tres formas de disipación del calor: conducción, radiación y convección. Estas formas de disipación se presentan en mayor o menor grado de acuerdo al tipo de instalación. Así se tiene que en el caso de conductores al aire libre, la disipación se realiza fundamentalmente por convección y radiación en tanto que en el caso de conductores en canalizaciones prevalece la disipación por conducción. En caso de tener un conductor al aire desnudo, el calentamiento no afecta tanto el conductor si no se excede la temperatura de fusión del material; normalmente la temperatura de trabajo está muy por debajo de este valor. Como se evidencia en (4) a medida que se aumente la sección A del conductor la resistencia disminuirá con lo que el efecto Joule producirá una menor cantidad de calor y por ende una temperatura menor. [10] En caso de que se trate de un conductor aislado, el efecto Joule puede producir un calentamiento que afecte en mayor o menor grado el material del aislamiento. A fin de no dañar ni de afectar la vida útil de éste, es importante entonces nunca sobrepasar la corriente nominal del cable. Resumiendo, con el fin de realizar una adecuada selección del calibre del conductor por capacidad térmica se deben tomar en cuenta todos los factores antes señalados. Con el fin de facilitar esta selección se han elaborado tablas y gráficas donde se indica la capacidad de corriente que tendrá un conductor para los casos que se señalan a continuación: a) Capacidad de corriente para cables desnudos. b) Capacidad de corriente para cables aislados al aire. c) Capacidad de corriente para cables aislados en tuberías o directamente enterrados. d) Capacidad de corriente para más de 3 conductores en ducto. e) Capacidad de corriente para conductores en ductos dispuestos en bancadas de más de 4 tubos. f) Capacidad de corriente para el caso de temperatura ambiente mayor de 30 ºC. En la sección 310 “Conductores para Cableado en General” del Código Eléctrico Nacional se pueden encontrar las tablas antes mencionadas. La Carga: Es la Capacidad de placa de un aparato operando bajo condiciones dadas. Se miden en: kilovatios (KW), kilovoltio amperios (KVA), Kilovars (KVARS), amperios (Amp). Clasificación de las cargas: Pueden ser clasificadas considerando la localización geográfica, tipo de negocio del consumidor, dependiendo del uso eléctrico del consumidor, efecto de cargas sobre otras cargas y en el sistema en general, o cargas que requieran especiales consideraciones. Las clasificaciones más frecuentemente utilizadas son: Por su ubicación geográfica: Urbanas Rurales Por tipo de consumidor: Residencial Comercial Industrial Por su dependencia del servicio eléctrico: Normal Emergencia Crítica Demanda: De un sistema eléctrico, es la carga promedio, recibida en los terminales, en un determinado intervalo de tiempo; expresada en kilovatios (KW), kilovoltio amperios (KVA), amperios (Amp) u otras unidades aplicables a la carga. ¿Qué es demanda? Potencia activa en Kw Potencia reactiva en KVAR Potencia aparente en KVA Corriente en amperios AMP El periodo sobre el cual la carga es promediada es el Intervalo de Demanda. El periodo normalmente usado es de 15 min., sin embargo la escogencia del mismo depende de la duración de las cargas. La variación de la demanda con el intervalo de demanda para una carga dada es mostrada en la Grafica N° 1. La demanda es la carga promedio el cual un aparato impone a un sistema durante un intervalo de tiempo. Curva de carga: Grafica N°1 Para esta grafica definiremos: • Ciclo de carga: es una representación grafica de la variación horaria de la carga (en AMP o KVA, KW) • Valor máximo: es el máximo valor de la demanda observado en el ciclo de carga • Valor promedio: es la carga promedio en un periodo de tiempo (t), tiempo en el que transcurre todo el ciclo de carga, ejem.: 24 h La demanda máxima es el valor de mayor interés porque es la condición normal más severa impuesta a un sistema. En general para un grupo de cargas la máxima demanda de cada una de ellas no coincide con otras, en consecuencia la máxima demanda del grupo es menor que la suma de las máximas demandas individuales. Factores que caracterizan la Demanda: Para una mejor compresión del estudio de la demanda, es conveniente tomar en consideración los siguientes factores: •Factor de Demanda •Factor de carga •Factor de Pérdida •Factor de diversidad o coincidencia •Factor de utilización •Factor de demanda: Es la relación entre la demanda máxima de un sistema y la carga total conectada al sistema. •Factor de utilización: Es la relación de la demanda máxima de un sistema y la capacidad medida por el sistema. El factor de utilización puede aplicarse a un sistema o parte del sistema, como por ejemplo el factor de utilización de un transformador o conductor. Indica la utilización máxima de equipo o instalación y es menor o igual a la unidad. •Factor de carga: Es la relación de la carga promedio en un determinado periodo de tiempo y la carga pico ocurrida en este intervalo. •Factor de Diversidad: Es la suma de las demandas máximas individuales, dividido entre la demanda máxima coincidente FD = (D1+D2+D3+….)/Dg •Factor de coincidencia: Es la relación máxima demanda total coincidente de un grupo de cargas, y la suma de las máximas demandas individuales. FC = Dg/ (D1+D2+D3+….) FC=1/FD •Diversidad de carga: Es la diferencia entre la suma de los picos de dos o más cargas individuales y el pico de las cargas combinadas LD= (D1+D2+D3+….)-Dg •Factor de contribución: Es el factor con que contribuye una carga individual a la máxima demanda D g=c1xD1+c2xD2+c3xD3+…. Nota: Para mayor comprensión sobre los factores que caracterizan La Demanda, ubica la Guía de Redes del Ing. Alberto Naranjo. A continuación señalaremos algunas definiciones contempladas en el Reglamento de Servicio y las Normas de Calidad del Servicio de Distribución, que coadyuvan en el tema de demanda: Carga total conectada: Es la suma de la potencia nominal (KVA o KW) de todos los equipos que se encuentren en el inmueble servido. Capacidad o Carga instalada: Es la potencia total en KVA que la distribuidora pone exclusivamente a disposición del usuario en el punto de entrega. Demanda Contratada: Es la demanda máxima que la Distribuidora está comprometida a entregar al usuario de acuerdo al contrato Usuario de Gran Demanda: Potencia contratada mayor de 30KVA o que requiera de medición indirecta. Usuario de Pequeña Demanda: Potencia contratada menor o igual que 30KVA o que no requiera de medición indirecta. Calculo de la demanda máxima: Al momento de diseñar un proyecto tomaremos en cuenta esta demanda, ya que representa el mayor valor de las exigencias del circuito en condiciones normales de funcionamiento. Es importante mencionar que existen dos (2) valores de demanda máxima que deben considerarse, la demanda diversificada o coincidente y la demanda no coincidente. La primera se utiliza cuando las cargas o grupos de cargas a ser alimentadas son parecidas u homogéneas. Cuando se trata de cargas de características muy diferentes se utiliza la demanda no coincidente. Entonces definiremos: •Demanda máxima: La demanda máxima de una instalación o sistema, es el mayor valor de todas las demandas, el cual se ha medido durante un periodo de tiempo específico. Por ejemplo puede ser el valor más alto de demanda en una semana, un mes, según sea el caso. Términos utilizados para describir la demanda: •Demanda diversificada o coincidente: suma de las demandas impuestas por cada carga, en un intervalo particular. Es decir la suma de las contribuciones de las demandas individuales a la demanda diversificada. •Demanda no coincidente: Son consideradas las máximas demandas individuales La demanda de saturación: Los estudios de demanda deben considerar el crecimiento de la carga experimentara en el tiempo. En el caso de proyectos que se ejecutaran por fases, el diseño deberá considerar por ejemplo el conductor, para la carga a ser servida en la etapa final del proyecto. Métodos de la estimación de la demanda máxima: A efectos de determinar la demanda a ser suministrada por un sistema de distribución, debe considerarse los diversos tipos de usuarios servidos por el mismo. De esta manera las estimaciones deben incluir las siguientes: •Demanda residencial •Demanda no residencial •Demanda de alumbrado público. Calculo de la Demanda máxima Diversificada Tipo Residencial: Método de la Westinghouse. La demanda de un grupo residencial es una combinación de demandas de artefactos distintos en proporciones variables. Este método es muy utilizado y considera la diversidad entre cargas similares y la no coincidencia entre los picos de los diferentes tipos de carga, a través del Factor de 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 (ver Grafica), que representan la demanda máxima por artefacto contra el número de artefactos para varias cargas residenciales típicas. Las curvas están graficadas hasta para un máximo de 100 artefactos. El método considera los siguientes aspectos: La diversidad entre cargas similares; Factor de variación horaria, el cual se define como la relación entre la demanda de un tipo particular de carga coincidente con la demanda máxima del grupo y la demanda máxima de aquel tipo particular de carga. Procedimiento de cálculo. 1. Obtener el número de artefactos de cada tipo. 2. Calcular la demanda diversificada por artefacto, utilizando la Grafica 3. Obtener el valor de la Demanda Diversificada para cada tipo de artefacto en el punto máximo, mediante el producto del número de unidades por la demanda diversificada por unidad por el factor de coincidencia. 4. Determinar la contribución de cada tipo de carga del grupo a la demanda, utilizando los factores de variación horaria. 5. La demanda total es el resultado de la demanda Tipo de Artefacto Unidades Dem. Div. Max. Prom. (KVA) Factor Horario 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) FU= Factor de uso DV= Demanda diversificada FH= Factor horario D= Demanda diversificada Para los casos de que el número de artefactos se mayor de 100, pueden utilizar la siguiente ecuación: A+B/X-A/X (para artefactos cuya cantidad sea mayor a 100 equipos) Y= demanda máxima diversificada por artefacto X= número de artefactos B= demanda máxima por artefacto (por unidad) A= demanda máxima diversificada para infinitos artefactos Ejemplo: Calcular la Demanda para un grupo de 25 viviendas, ubicadas en una zona de clase media; conociendo que la misma se presenta a las 7:00 p.m. Utiliza el método de la Westinghouse. Solución: De acuerdo a las características de los suscriptores de la zona se han considerado los siguientes factores de uso: Calculo para 25 unidades Procedimiento paso a paso: 1.- Calcular el número de artefactos de cada tipo (X) 2.- Obtener de la curva de la Westinghouse el valor de la demanda diversificada por artefacto, con el valor obtenido en la tabla anterior 3.- Obtener el factor de variación horaria de la tabla N°1 4.- Obtener el valor de la demanda máxima para cada tipo de artefacto, multiplicado la demanda diversificada por unidad por el factor de variación horaria, determinado en el punto anterior 5.-La demanda total es la sumatoria de las demandas diversificadas por cada tipo de artefacto. Para la determinación del tamaño de los transformadores para cada sector; es más conveniente utilizar la demanda individual por tipo de suscriptor, calculándola como: Demanda residencial= demanda total residencial /cantidad de suscriptores Demanda total= 28.34 KW, asumiendo Factor de potencia=1 Demanda Resd. por suscriptor=(28.34/25)*1 Demanda Resd. por suscriptor=1,13 KVA (f.p=1-asumido) La demanda total del conjunto de tipos de suscriptores es la suma de las demandas de cada tipo de suscriptor en particular, es decir: Demanda Total= demanda residencial +demanda no residencial +demanda de alumbrado publico Esta demanda será útil al momento de determinar el calibre del conductor que alimentara el conjunto de cargas y la protección que le corresponda CODELECTRA CEN Factor de Demanda. (Demand Factor). Relación entre la demanda máxima de un sistema o parte de él y la carga total conectada al sistema o la parte del sistema en consideración. Servicio Continuo (Duty, Continuos). Operación de una carga sustancialmente constante por un tiempo indefinidamente largo Sobrecarga (Overload). Funcionamiento de un equipo por encima de su régimen a plena carga, o de un conductor con exceso de corriente sobre su ampacidad de régimen, que de persistir por tiempo suficientemente largo, podría causar daño o sobrecalentamiento peligroso. Una falla, tal como un cortocircuito o una falla a tierra, no se considera una sobrecarga Número de Circuitos Ramales. El número mínimo de circuitos ramales se determinará a partir de la carga total calculada y del tamaño o capacidad de los circuitos utilizados. En ningún caso, la carga de un circuito excederá la máxima especificada en 220.4 Carga Proporcionalmente Repartida Entre los Circuitos Ramales. Cuando la carga se calcula con base a voltio-amperios por metro cuadrado, el sistema de cableado resultante, incluyendo los tableros para los circuitos ramales se proveerán para alimentar como mínimo la carga calculada. Esta carga será proporcionalmente repartida dentro de los circuitos ramales para salidas múltiples en los tableros. Los elementos de protecciones de los circuitos ramales y circuitos serán requeridos únicamente para servir las cargas conectadas.
