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APUNTES GENERALES SOBRE REDES ELCTRICAS DE DISTRIBUCIN SIXTO HUMBERTO ACHURI HOLGUN Trabajo de grado para optar al ttulo de ingeniero electricista Modalidad de asist encia a la docencia Director CARLOS MARIO RIOS SERNA Ingeniero Electricista UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA MEDE LLN 1.998

CONTENIDO INTRODUCCIN 1 1 EL SISTEMA DE DISTRIBUCIN Y SUS COMPONENTES 3 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA CIRCUITOS DE SUBTRANSMISIN PARTES DEL SISTEMA DE DIST RIBUCIN SUBESTACIN DE DISTRIBUCIN LNEAS PRIMARIAS O ALIMENTADORES PRIMARIOS RED SECU NDARIA ACOMETIDA SECUNDARIA TIPOS DE VOLTAJES UTILIZADOS EN DISTRIBUCIN CLASIFICA CIN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN REDES DE DISTRIBUCIN AREAS REDES DE DISTRIBUCIN SU BTERRNEAS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIN DE UN SISTEMA AREO O SUBTERRNEO OBJETI VOS QUE DEBE CUMPLIR EL SISTEMA ELEGIDO 3 9 10 12 12 13 13 14 14 15 16 17 18 2 CARACTERSTICAS DE LAS CARGAS 19 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 CLASIFICACIN DE LAS CARGAS SEGN SU LOCALIZACIN GEOGRFICA SEGN LA CONFIABILIDAD SEGN LA TARIFA SEGN EL TIPO DE CONSUMIDOR TARIFAS DEL SERVICIO DE ENERGA ELCTRICA 19 19 19 20 21 23 24 ESTRATO SOCIOECONMICO

2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.3.8 2.3.9 2.3.10 2.3 .11 2.3.12 2.3.13 2.3.14 2.3.15 2.3.16 2.3.17 2.3.18 2.3.19 2.3.20 2.4 2.4.1 2.4 .2 TARIFAS RESIDENCIALES TARIFAS NO RESIDENCIALES CARACTERSTICAS GENERALES Y DEFINIC IONES CAPACIDAD CARGA INSTALADA DEMANDA DEMANDA PROMEDIO (DP) DEMANDA MXIMA (DMAX ) CURVAS DE CARGA FACTOR DE DEMANDA (FD) FACTOR DE CARGA (FC) FACTOR DE UTILIZAC IN (FU) FACTOR DE PLANTA NOMINAL (FPT) FACTOR DE POTENCIA (COS ) FACTOR DE PERDIDA S (FPERD) DENSIDAD DE CARGA DIVERSIDAD DE CARGA DEMANDA MXIMA DIVERSIFICADA (DMX) DEMANDA MXIMA DIVERSIFICADA PROMEDIO DEMANDA NO COINCIDENTE FACTOR DE DIVERSIDAD O DE GRUPO (FDIV) FACTOR DE COINCIDENCIA O DE SIMULTANEIDAD (FCO) CURVAS DE DEMA NDA DIVERSIFICADA. EJERCICIOS DE APLICACIN EJERCICIO NO 1 EJERCICIO NO 2 24 25 27 27 27 27 28 28 29 32 34 36 37 38 38 39 40 40 41 41 42 45 45 47 47 52 3 PLANEAMIENTO DE SISTEMAS ELCTRICOS DE DISTRIBUCIN 55 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 ANTECEDENTES INVESTIGACION DEL SISTEMA INVENTARIO DEL SISTEMA 55 58 58 66 69 69 71 72 DESCRIPCIN DEL MERCADO INFORMACIN COMPLEMENTARIA QU ES EL DSM? (DEMAND SIDE MANAGMEN T) ESTRUCTURA TARIFARA COBERTURA

3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.5.7 PROYECCION DE LA DEMANDA PROYECCIN DE LA DEMANDA EN GRANDES CIUDADES PROYECCIN DE DEMANDA PARA CIUDADES INTERMEDIAS PROYECCIN DE DEMANDA PARA PEQUEAS CIUDADES Y SEC TOR RURAL CRITERIOS DE PLANEAMIENTO NIVEL DE TENSIN REGULACIN CARGABILIDAD NIVEL D E CORTOCIRCUITO CONFIABILIDAD PRDIDAS CRITERIOS DE PLANEAMIENTO 72 73 83 84 86 87 88 88 90 90 93 93 4 CONFIGURACIONES DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION 96 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.4 4.4.1 4.5 SISTEMA DE DISTRIBUCION RADIAL SISTEMA RADIAL SIMPLE SISTEMA RADIAL EXPANDIDO SI STEMA RADIAL CON UNIONES SISTEMA TIPO ANILLO 97 97 98 98 99 100 101 102 104 107 111 ANILLO ABIERTO ANILLO CERRADO SISTEMA SELECTIVO PRIMARIO SISTEMA SELECTIVO SECUN DARIO SISTEMA DE MALLA SECUNDARIA SISTEMA DE MALLA SECUNDARIA PUNTUAL 5 PRDIDAS DE ENERGA ELCTRICA EN EL SISTEMA ELCTRICO 114 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.3 5.4 CLASIFICACIN DE LAS PRDIDAS DE ENERGA ELCTRICA SEGN SU NATURALEZA SEGN EL TIPO DE CAUS A SEGN EL TIPO DE CARGA METODOLOGA GENERAL PARA LA DISCRIMINAR LAS PRDIDAS DE ENERGA PRDIDAS EN TRANSMISIN Y TRANSFORMACIN PRDIDAS EN ALIMENTADORES PRIMARIOS (PAP) 114 114 114 115 116 116 117

5.5 5.5.1 5.5.2 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.11.1 5.11.2 5.11.3 5.11.4 5.11.5 5.1 2 5.12.1 5.12.2 5.12.3 5.12.4 PRDIDAS EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN PRDIDAS EN EL HIERRO (PFE). PRDIDAS EN EL COBRE (PCU) PRDIDAS EN CIRCUITOS SECUNDARIOS (PCS) PRDIDAS EN CONTADORES (PC) PRDID AS POR ERROR EN LA LECTURA DE LOS CONTADORES PRDIDAS POR FRAUDE Y CONTRABANDO EST IMACIN DE LAS PRDIDAS DE ENERGA DETERMINACIN DE LAS PRDIDAS PICO 118 118 118 119 120 120 121 121 123 123 123 124 125 126 130 130 131 131 131 FACTOR DE RESERVA (FR) FACTOR DE RESPONSABILIDAD DEL PICO (FRP) FACTOR DE DISTRI BUCIN (FD) FACTOR DE CRECIMIENTO (FR) FACTOR DE TOLERANCIA DE PRDIDAS (FTP) MEDIDA S REMEDIALES PARA CONTROLAR Y REDUCIR LAS PRDIDAS EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN R EDISTRIBUCIN DE LA CARGA ENTRE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA EQUILIBRIO DE CARG A EN CIRCUITOS PRIMARIOS DISEO PTIMO DE ALIMENTADORES PARA PRDIDAS NORMALES REDUCCIN DE PRDIDAS NEGRAS 6 TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN 135 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.5.1 6.5.2 6.6 6.7 CLASIFICACIN SEGN EL TIPO DE AISLAMIENTO. VENTAJAS DE LOS TRANSFORMADORES SECOS PR INCIPALES CARACTERSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES EN ACEITE. CLASIFICACIN SEGN EL NMER O DE FASES. CLASIFICACIN DE ACUERDO A LA PROTECCIN. TRANSFORMADORES CONVENCIONALES . TRANSFORMADORES AUTOPROTEGIDOS (CSP) CLASIFICACIN SEGN EL TIPO DE MONTAJE. CLASI FICACIN DE ACUERDO A LA POTENCIA. 135 136 137 137 138 138 140 141 142 7 CONDUCTORES ELCTRICOS 144 7.1 7.2 PROPIEDADES TIPOS DE CABLES 144 146

7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 7.10.1 7.10.2 7.10.3 7. 11 CABLES AREOS DESNUDOS CABLES AISLADOS CABLES PARA MEDIA TENSIN CONDUCTORES PARA TE NSIONES INFERIORES A 600 V PROPIEDADES MECANICAS PROPIEDADES TRMICAS PROPIEDADES ELCTRICAS PROPIEDADES QUMICAS RESISTENCIA A LA LLAMA CONTAMINACIN DEL MEDIO AMBIENT E FABRICACIN DEL CABLE XLPE NIVELES DE AISLAMIENTO NIVEL 100% NIVEL 133% NIVEL 17 3% CAPACIDADES DE CORRIENTE 146 147 147 152 153 153 154 155 155 156 156 158 159 159 160 160 8 EL PROBLEMA DE LA REGULACIN DE VOLTAJE 164 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.3 8.3.1 EL CONCEPTO DE LA REGULACION DEL VOLTAJE 165 166 170 170 170 171 173 179 182 CADAS DE TENSIN EN EL SISTEMA ALIMENTADORES RURALES ALIMENTADORES INDUSTRIALES MET ODO PARA MEJORAR LA REGULACION DE TENSIN CONTROL DE VOLTAJE EN LA SUBESTACIN REGUL ACIN FUERA DE LA SUBESTACIN SOBRE LOS ALIMENTADORES PRIMARIOS MTODOS PARA LOGRAR LA REGULACIN DE VOLTAJE SIN EQUIPOS ADICIONALES EQUIPO PARA LA REGULACION AUTOMATIC A DE VOLTAJE MECANISMOS CAMBIADORES DE DERIVACIN BAJO CARGA EN LOS TRANSFORMADORE S DE SUBESTACIN Y DISTRIBUCIN 182 184 185 8.3.2 8.3.3 CAPACITORES EN PARALELO DESCONECTABLES CONEXIN DE CAPACITORES EN PARALELO 9 DISEO DE REDES DE DISTRIBUCIN 186 9.1 9.1.1 DISEO DE REDES DE DISTRIBUCION LEVANTAMIENTOS TOPOGRFICOS 186 186

9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.1.5 9.1.6 9.1.7 9.1.8 9.1.9 9.1.10 9.1.11 9.2 9.2.1 9.2.2 9. 2.3 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.3.4 9.3.5 9.3.6 9.3.7

PROYECTO DE LA RED SECUNDARIA ESTIMATIVA DE LAS CARGAS UBICACIN DE LOS POSTES UBI CACIN DE TRANSFORMADORES ACOMETIDAS ACOMETIDAS AREAS EN BAJA TENSIN ACOMETIDAS SUBT ERRNEAS EN BAJA TENSIN PAUTAS GENERALES PARA ACOMETIDAS AREAS Y SUBTERRNEAS BAJANTES CUADRO DE CARGAS. CLCULOS DE REGULACIN CLCULO DE LA CADA DE TENSIN EN TRANSFORMADORE S DE DISTRIBUCIN CLCULO DE REGULACIN EN REDES DE DISTRIBUCIN SECUNDARIA CLCULOS DE CO RRIENTE EN LA RED SECUNDARIA DISEO DE REDES DE DISTRIBUCION PRIMARIAS SELECCIN DE VOLTAJE SELECCIN DEL CONDUCTOR SELECCIN DE LA DISPOSICIN DE LOS CONDUCTORES EN LA T RANSMISIN. CLCULOS DE REGULACIN POR EL MTODO MATEMTICO CLCULOS DE REGULACIN POR EL MT GRFICO CLCULO DE LA CORRIENTE EJEMPLOS DE CALCULO PARA REDES DE DISTRIBUCIN PRIMAR IA 189 190 196 198 199 199 200 201 202 203 204 206 211 218 221 222 222 222 224 229 232 232 10 MATERIALES ELCTRICOS PARA REDES DE DISTRIBUCIN 239 10.1 10.1.1 10.1.2 10.2 10.2.1 10.2.2 10.2.3 10.2.4 10.2.5 MATERIALES PARA LA RED AREA MATERIALES PRIMARIOS MATERIALES SECUNDARIOS REDES SUB TERRANEAS. SISTEMA TIPO PARRILLA COMPONENTES OPERACIN DEL SISTEMA. PROTECCIONES I NSTALACIN DEL SISTEMA. EQUIPOS ESPECIALES. 239 240 248 254 255 256 257 257 258 11 PROTECCION Y EQUIPOS DE MANIOBRA EN LAS REDES DE DISTRIBUCION 259

11.1 11.2 11.2.1 11.2.2 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.4 11.4.1 TIPOS DE FALLAS PROTECCION DE SOBRECORRIENTE FUSIBLES EQUIPO DE RECIERRE PROTECC ION DE SOBRETENSIN TIPOS DE SOBRETENSIONES PROTECCIN PARA SOBRETENSIONES EL PARARR AYOS SECCIONADORES ESPECIFICACIONES DE UN SECCIONADOR BAJO CARGA 260 261 261 269 270 271 273 275 283 286 12 LOS ARMNICOS Y EL SISTEMA DE DISTRIBUCIN 288 12.1 12.2 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 12.3.5 12.3.6 12.3.7 12.3.8 12.4 12.5 12.6 12.6.1 12.6.2 12.7 DEFINICIN FUENTES DE ARMNICOS EFECTOS DE LOS ARMNICOS FACTOR DE POTENCIA CONDENSADO RES INTERFERENCIA ELECTROMAGNTICA DISTORSIN CALENTAMIENTO. EFECTO JITTER OTROS EFECTOS 288 291 293 294 294 294 295 295 295 296 297 297 299 300 300 301 304 EFECTOS QUE MS INCIDEN EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN CONTROL DE LOS ARMNICOS ARMNICOS Y EL PUNTO DE ACOPLE COMN (PCC) LIMITES DE DISTORSIN LMITES DE DISTORSIN DE VOLTAJE LMITES DE DISTORSIN DE CORRIENTE PALABRAS CLAVES PARA LEER LA NORMA STD 519 13 ILUMINACION 307 13.1 13.1.1 13.1.2 13.1.3 DEFINICIONES FLUJO LUMINOSO INTENSIDAD LUMINOSA ILUMINANCIA O ILUMINACIN 307 307 308 308

13.1.4 13.2 13.2.1 13.2.2 13.2.3 13.2.4 13.2.5 13.2.6 13.2.7 13.3 13.3.1 13.4 13 .4.1 13.4.2 13.4.3 13.5 13.6 LUMINANCIA FUENTES LUMINOSAS CLASIFICACIN Y CARACTERSTICAS 309 314 314 315 316 317 318 320 321 322 322 324 324 326 326 326 BOMBILLAS DE INCANDESCENCIA TUBOS HALGENOS (CICLO DE YODO) BOMBILLAS DE VAPOR DE MERCURIO BOMBILLAS DE YODUROS METLICOS (HALOGENUROS) BOMBILLAS DE SODIO A BAJA PR ESIN BOMBILLAS DE SODIO DE ALTA PRESIN APARATOS DE ILUMINACIN (LUMINARIAS) REQUISIT OS FUNDAMENTALES CLASIFICACIN LUMINOTCNICA REFLECTORES REFRACTORES DIFUSORES PARTE S CONSTITUTIVAS DE UNA LUMINARIA DE ALUMBRADO PBLICO PROTECCIN CONTRA LOS CONTACTO S DIRECTOS Y CONTRA LA PENETRACIN DE LQUIDOS Y POLVO 327 329 330 332 351 352 352 352 13.7 13.8 13.8.1 13.9 13.9.1 13.9.2 13.9.3 CLASES DE POSTES DISEO DE ILUMINACION PARA VIAS PUBLICAS CLCULOS DE ILUMINACIN CONT ROL DE LAS LUMINARIAS SISTEMA PILOTO SISTEMA DE COMANDO DE GRUPO SISTEMA DE CONT ROL INDIVIDUAL 14 MANTENIMIENTO ELCTRICO EN LNEAS DE DISTRIBUCIN 354 14.1 14.2 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4 14.2.5 14.2.6 14.3 METODOLOGA PARA EL TRABAJO EN LNEAS DE DISTRIBUCIN EL PROGRAMA DE MANTENIMIENTO HIS TORIA DE LA RED INSPECCIONES REGULARES PROGRAMA DE REPOSICIN PROGRAMA DE MANTENIM IENTO EVALUACIN ECONMICA EVALUACIN POST TRABAJO PUESTA A TIERRA PARA EJECUCIN DE TRA BAJOS 354 356 356 356 357 357 358 358 359

14.3.1 14.3.2 14.3.3 14.4 TIPOS DE PUESTAS A TIERRA. RAZONES PARA ATERRIZAR UNA LNEA DESENERGIZADA FORMA DE ATERRIZAR PARA EJECUCIN DE TRABAJOS REGLAS DE ORO PARA LA EJECUCIN DE TRABAJOS EN REDES DE DISTRIBUCIN 359 360 361 363 363 363 363 364 14.4.1 14.4.2 14.4.3 14.4.4 CORTE VISIBLE CONDENACIN CHEQUEO DE TENSIN PUESTA A TIERRA 15 AUTOMATIZACIN DE LA DISTRIBUCIN 15.1 OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIN DE LA DISTRIB UCIN 15.1.1 OBJETIVOS GENERALES. 15.1.2 15.2 15.3 15.3.1 15.3.2 15.3.3 15.4 15.4. 1 15.4.2 15.5 15.5.1 15.5.2 15.5.3 15.6 15.7 15.7.1 15.7.2 15.8 15.8.1 15.8.2 15 .8.3 OBJETIVOS ESPECFICOS. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIN PROPUESTA D E AUTOMATIZACIN PARA UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN AUTOMATIZACIN DE EQUIPOS DE CAMPO IM PLANTACIN DE SISTEMAS SCADA CONVENCIONALES AUTOMATIZACIN DE LA SALA DE OPERACIONES : PROPUESTAS DE AUTOMATIZACIN PARA LA SALA DE OPERACIN. OPERACIN NORMAL OPERACIN DUR ANTE DAOS. AUTOMATIZACIN DE LA RED AREA A 44 KV Y A 13,2 KV. PROPUESTA DE AUTOMATIZ ACIN AL NIVEL DE 13.2 KV AUTOMATIZACIN PARA LA MALLA SECUNDARIA - PARRILLA. AUTOMA TIZACIN PARA LA GESTIN DE SUBESTACIONES. EL SOFTWARE DE OPERACIONES EL SISTEMA SCA DA DESCRIPCIN DEL SISTEMA SCADA REQUERIMIENTOS PARA UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIN DE LA DISTRIBUCIN SISTEMA DE COMUNICACIONES PARA AUTOMATIZACIN DE LA DISTRIBUCIN 365 366 366 366 367 367 368 368 368 370 371 373 375 376 378 379 380 382 383 385 387 387 389 393 SISTEMA DE COMUNICACIONES PARA EL SISTEMA SCADA ALTERNATIVAS DE COMUNICACIN EQUIP OS ELCTRICOS AUXILIARES 16 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA SOBRE EL CUERPO HUMANO 394

16.1 16.2 16.3 16.3.1 16.3.2 16.3.3 EFECTOS FSICOS EFECTOS FISIOLGICOS FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL ACCIDENTE ELCTRIC O. VALOR DE LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELCTRICA. VALOR DE LA RESISTENCIA HMICA DEL ORGANISMO. TIEMPO DE PASO DE LA CORRIENTE ELCTRICA 395 395 398 399 400 402 BIBLIOGRAFIA 403 ANEXOS 403

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Ejemplos de tensiones de servicio Tabla 2. Tensiones de generacin y dist ribucin Tabla 3. Factores de carga tpicos Tabla 4. Datos curva de carga - Factor d e diversidad Tabla 5. Curvas de carga - Ejercicio de aplicacin Tabla 6. Horizonte s de planeamiento Tabla 7. Criterios de planeacin Tabla 8. Resumen de propiedades de los conductores de cobre y aluminio Tabla 9. Propiedades de algunos material es corrientes para aislamientos y cubiertas de cables Tabla 10. Demanda diversi icada Tabla 11. Regulacin en los componentes del sistema Tabla 12. Porcentaje de cada de voltaje en trans ormadores mono sicos o en trans ormadores 3 equilibrados T abla 13. Porcentaje de cada de voltaje en trans ormadores que alimentan carga mon o sica en bancos delta abierta Tabla 14. Especi icacin de usibles para cajas prim arias Tabla 15. Especi icacin de usibles para aisladeros Tabla 16. Curvas tpicas de armnicos en la industria. Tabla 17. Lmites de distorsin para Voltaje. Tabla 18. Lmites de distorsin para las corrientes. Tabla 19. Magnitudes otomtricas Tabla 20. Ejemplos de magnitudes otomtricas Tabla 21. Bombillas incandescentes Tabla 22. Bombillas de Halgeno 4 14 35 44 47 78 94 146 151 194 206 208 209 268 269 292 300 302 310 313 316 317

Tabla 23. Bombillas de vapor de mercurio Tabla 24. Bombillas de Halogenuros Tabl a 25. Bombillas de sodio a baja presin Tabla 26. Bombilla de sodio alta presin Tab la 27. Proteccin IP en las luminarias Tabla 28. E ectos isiolgicos producidos por la corriente elctrica Tabla 29. E ectos de la intensidad de corriente elctrica en mA. 318 319 321 322 328 397 400

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Diagrama en bloques de un sistema de potencia Figura 2. Prdidas en unc in del aumento de la tensin Figura 3. Diagrama uni ilar de un sistema elctrico de p otencia Figura 4. Partes constitutivas de un sistema de distribucin Figura 5. Tar i as de energa elctrica Figura 6. Curva de carga sector residencial Figura 7. Curv a de carga sector comercial Figura 8. Curva de carga pequea industria Figura 9. E lementos de la curva de carga Figura 10. Datos de la curva de carga Figura 11. C urvas de carga - Factor de diversidad Figura 12. Curvas de demanda diversi icada Figura 13. Gr icas de las curvas de carga Ejercicio de aplicacin Figura 14. Etapa s del planeamiento de un sistema de distribucin Figura 15. Proyeccin de la demanda en grandes ciudades Figura 16. Sistema radial simple Figura 17. Sistema radial expandido Figura 18. Sistema radial con uniones Figura 19. Sistema tipo anillo F igura 20. Sistema selectivo primario Figura 21. Sistema selectivo secundario Fig ura 22. Sistema de malla secundaria Figura 23. Sistema de malla secundaria cerra da Figura 24. Sistema de malla secundaria puntual Figura 25. Curva de demanda di versi icada Figura 26. Trans ormador como centro de carga Figura 27. Acometida ar ea Figura 28. Ramal tpico lnea trenzada 5 6 7 10 26 30 30 31 31 33 43 46 49 57 75 97 98 99 100 104 107 110 111 112 193 1 99 200 213

Figura 29. Ramal tpico lnea separada Figura 30. Equivalente de un par de conductor es Figura 31. Diagrama asorial de una lnea. Figura 32. Gr ica cada de voltaje en r ed primaria Figura 33. Caja primaria Figura 34. Curvas caractersticas de algunos usibles Figura 35. Fusible Tipo T Figura 36. Fusible Tipo K Figura 37. Recierre automtico tri sico Figura 38. Tipos de sobretensiones Figura 39. Caractersticas de las sobretensiones Figura 40. Onda sinusoidal pura Figura 41. Onda undamental con armnico 3 Figura 42. Onda undamental con armnicos 5, 7, 11 y 13 Figura 43. Se leccin del PCC donde otros usuarios pueden suplirse del servicio Figura 44. Distr ibucin de la intensidad luminosa Figura 45. Coe iciente de utilizacin Figura 46. L a vertical de la luminaria coincide con el borde de la calzada Figura 47. Locali zacin bilateral alternada Figura 48. Localizacin central doble Figura 49. Curva is olux Figura 50. Localizacin de los nueve puntos dependiendo de la disposicin de la s luminarias Figura 51. Formato. Mtodo de los nueve puntos Figura 52. Localizacin de los 9 puntos en una calzada tpica Figura 53. Curva Isolux Altura 1m Flujo 1000 Lm Figura 54. Gr ica del ejemplo Figura 55. Forma de aterrizar para ejecucin de t rabajos Figura 56. Resistencia del organismo en uncin de la tensin a la que esta sometido 217 224 225 238 263 264 265 266 270 272 274 289 290 290 299 325 334 336 337 338 340 342 344 345 348 349 362 401

1 INTRODUCCIN Las disposiciones reglamentarias de las leyes 142 y 143 de 1.994 y las respectiv as resoluciones de la comisin de regulacin de energa y gas regulan la actividad de la transmisin y distribucin de la energa elctrica del pas, as mismo, establecen la rel acin del sistema con los di erentes usuarios del mismo, con base en principios de e iciencia y calidad. Los criterios y procedimientos para la planeacin, el diseo, la expansin, la operacin y el mantenimiento de los sistemas de transmisin y distri bucin elctrica deben ser conocidos por los usuarios y deben ser globales para las di erentes empresas que prestan estos servicios en el pas. En este orden de ideas es necesario que los ingenieros electricistas y los pro e sionales vinculados con el arte de la ingeniera elctrica se encuentren bien in orm ados en todos lo concerniente al sistema elctrico; se hace necesario entonces, co nocer los principios del diseo, los materiales utilizados en el levantamiento de estas obras y otros temas que de una u otra orma involucran el conocimiento de las redes de distribucin. El texto que se presenta en este trabajo de grado rene en s los di erentes temas q ue contempla el programa detallado de la materia de redes de distribucin elctrica, ctedra que se dicta en la Universidad Ponti icia Bolivariana para los estudiante s de

2 pregrado de ingeniera elctrica. El texto en s es un compendio de los temas ms releva ntes que se desarrollan en dicha materia bajo la ptica de las disposiciones guber namentales y las normas vigentes que son de obligatorio cumplimiento. En este tr abajo de grado se desarrollan temas ya documentados en manuales, en otros libros y en una gran cantidad de artculos especializados, sin embargo, se reunen aqu tod os esos es uerzos diseminados y se logra obtener un libro que contemple de maner a global todos los temas de la ctedra antes mencionada y de all su ttulo: apuntes ge nerales sobre redes de distribucin elctrica. Se espera que los captulos desarrollados en este trabajo llenen las expectativas de los estudiantes de pregrado, de los estudiantes de postgrado, de los ingenier os en pleno ejercicio y de aquellas personas interesadas en los di erentes temas , as mismo se espera que las personas interesadas encuentren en este trabajo un t exto de obligada consulta para poder abordar literatura ms especializada. El Autor.

3 1 EL SISTEMA DE DISTRIBUCIN Y SUS COMPONENTES 1.1 SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Un sistema de potencia elctrico se de ine como el conjunto de elementos como: cen trales hidroelctricas o trmicas, subestaciones, lneas de transmisin y redes de distr ibucin que estn elctricamente unidas y cuya inalidad es hacer llegar a los usuario s de dicho sistema, la energa elctrica que necesitan en orma segura con los nivel es de calidad exigidos por el consumidor. Aproximadamente las dos terceras partes de la inversin total del sistema de poten cia estn dedicadas a la distribucin, lo que implica un trabajo cuidadoso en el pla neamiento, diseo, construccin y en la operacin de un sistema de distribucin, lo que requiere manejar una in ormacin voluminosa y tomar numerosas decisiones lo cual e s una tarea compleja y de gran trascendencia. Algunos parmetros importantes del s istema elctrico son: Frecuencia de servicio. Esta se expresa en Hertzios (Hz), en nuestro medio est normalizada en 60 Hz. (CREG 070/98)

4 Nmero de ases. En nuestro sistema existen sistemas elctricos del tipo tri sico (lo s ms generalizados), mono sicos, y en algunos casos se utilizan sistemas bi sicos. Tensin de servicio. Es la principal caracterstica y la que determina el aislamient o de las partes constructivas de un sistema elctrico. Representa el voltaje que p odrn utilizar los usuarios en los di erentes puntos del sistema. Tabla 1 muestra algunas de las tensiones de servicio utilizadas en los sistemas elctricos. Tabla 1. Ejemplos de tensiones de servicio TENSIN DE SERVICIO BAJA TENSIN MEDIA TENSIN 7.62 kV * De 120 V a 440 V 240/120 V, 2 08/120 V 220/127 V 13.2 kV * 34.5 kV * 44 kV * ALTA TENSIN 115 kV * 138 kV 161 kV 230 kV * EXTRA ALTA TENSIN 345 kV 500 kV * 735 kV 1000 kV > 1000 kV (Ultra Alta 440/240 V 66 kV Tensin) 69 kV * * Utilizados en Colombia **Fuente: Subestaciones de alta y extra alta tensin. Carlos Felipe Ramrez G. Pgina 4 El sistema elctrico de potencia incluye tres etapas bsicas: generacin, transmisin y distribucin. El diagrama de bloques de la Figura 1 da una idea de ello.

5 GENERACIN SUBESTACIN ELEVADORA SISTEMA DE TRANSMISIN SUBESTACIN DE DISTRIBUCIN CIRCUITOS PRIMARIOS TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIN CIRCUITOS SECUNDARIOS ACOMETIDAS Figura 1. Diagrama en bloques de un sistema de potencia La etapa de generacin es aquella en donde se hace el proceso de conversin de energa mecnica rotacional en energa elctrica, obtenindose un nivel de voltaje que ha de se r elevado mediante un trans ormador. La siguiente etapa es la de transmisin, la c ual, consta de lneas o conductores, a travs de los cuales se transporta la energa g enerada hasta la subestacin de distribucin. La tensin se eleva a travs de equipos de trans ormacin para aprovechar los bene ici os de una transmisin con prdidas por e ecto Joule bajas. A continuacin se muestra matemticamente, los bene icios de transmisin a alto voltaj e para una lnea tri sica.

6 Las prdidas por e ecto Joule son: Pj = 3 * R * I 2 La potencia transmitida es: Pt = 3 V I cos Despejando la corriente de la ecuacin I= Pt 3 V cos Reemplazando en la ecuacin inicial se tiene: Pj = Con 3 R Pt 2 Pt 2 R = 2 3 V 2 c os 2 V cos 2 Pt = Constante R = Constante cos = Constante De la ecuacin se observa que si se aumenta la tensin de transmisin (v), las prdidas por e ecto Joule (Pj) d isminuyen. A continuacin se muestra la tendencia de las prdidas a medida que los n iveles de tensin aumentan. PRDIDAS POR EFECTO JOULE P t : C o n s ta n te R : C o n s ta n te C o s :C o n s ta n te T E N S I N Figura 2. Prdidas en uncin del aumento de la tensin

7 La ltima etapa del sistema de potencia corresponde al sistema de distribucin, el c ual parte de la subestacin de distribucin pasando por los circuitos primarios, los trans ormadores de distribucin, los circuitos secundarios y llegando al consumid or a travs de la acometida. El nombre de redes de distribucin se deriva de la orma propia del trazado de las lneas de energa elctrica en los centros de consumo, ya que estas se hacen en orma de malla o red. Lo que representa a su vez un incremento en la con iabilidad, lexibilidad y seguridad de dicho sistema. La Figura 3 es la representacin de un sistema elctrico de potencia. Figura 3. Diagrama uni ilar de un sistema elctrico de potencia

8 Subestaciones de Distribucin. Estas reciben la potencia del circuito de transmisin y la trans orman al voltaje adecuado para el suministro a los alimentadores pri marios. Alimentadores Primarios. Son circuitos 3 que salen de las subestaciones de distribucin y proveen los caminos al lujo de potencia para los Trans ormadores d e distribucin. Trans ormadores de Distribucin. Reducen el voltaje de los alimentadores primarios al voltaje adecuado para el consumidor. Distribucin Secundaria. Distribuye la potencia desde los bobinados secundarios de los trans ormadores de distribucin hasta los consumidores. El voltaje en la dist ribucin secundaria, vara de acuerdo a la carga que se vaya a alimentar. Ms adelante se hablar de los voltajes ms adecuados utilizados por las empresas de energa para las diversas clases de carga. Hay una gran cantidad de combinaciones en los voltajes de transmisin - distribucin primaria y distribucin secundaria; pronto se ver que no hay una combinacin estndar debido a mltiples actores como densidad de carga, reas cubiertas, carga total ser vida, rata de crecimiento de la carga, geogra a del terreno, disponibilidad de lo s derechos de va, sistema de voltaje existente, etc.

9 En muchos casos, uno o varios de los componentes que orman parte de un sistema de distribucin, pueden eliminarse. Por ejemplo, un pequeo pueblo que es servido po r una planta independiente, la distribucin, consiste en algunos alimentadores pri marios, que van a los trans ormadores de distribucin donde el voltaje se reduce a l nivel requerido por los consumidores. 1.2 CIRCUITOS DE SUBTRANSMISIN La tensin de estos circuitos est comprendida entre valores de transmisin y de distr ibucin. Estos circuitos parten de un trans ormador exclusivo que generalmente est en la subestacin de distribucin o del devanado auxiliar de un trans ormador de tre s devanados. A los niveles de subtransmisin se manejan en Colombia demandas de potencia del or den de 10 a 35 MVA, mientras que en distribucin las demandas estn entre 75 y 500 k VA. Los niveles de tensin en redes de subtransmisin normalizados en Colombia son: 34.5 kV, 44 kV, 66 kV. En su recorrido estos circuitos generalmente alimentan cargas industriales u otros municipios.

10 1.3 PARTES DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIN Las partes del sistema de distribucin se muestran en la Figura 4. En ella se observan los elementos necesarios para llevar la energa elctrica al usuario, desde el momento en que el trans ormador de la subestacin de distribucin recibe la pote ncia hasta entregarla inalmente trans ormada al usuario inal para hacer uso de ella. 2 4 15 11 14 12 13 1 2 10 9 USUARIO 3 5 CP 7 CE 6 SUBESTACIN DE DISTRIBUCIN CE CP RA 9 8 16 17 IF RV 8 Figura 4. Partes constitutivas de un sistema de distribucin

11 Donde: 1 = Trans ormador de potencia. 2 = Interruptores. 3 = Barraje. 4 = Seccio nador de puesta a tierra. 5 = Ingreso a la canalizacin. 6 = Canalizacin. 7 = Salid a de circuito. 8 = Seccionadores o cuchillas. 9 = Aisladero. 10 = Trans ormador de distribucin. 11 = Pararrayos. 12 = Red secundaria. 13 = Acometida Secundaria. 14 = Contador. 15 = Interruptor de bajo voltaje. 16 = Acometida Primaria. 17 = S ubestacin de edi icio, Fbrica, Centro comercial, etcIngreso a la canalizacin RV = R egulador de voltaje. RA = Reconectador automtico. IF = Indicador de alla. CP = C ircuito principal. CE = Circuito de emergencia.

12 1.3.1 Subestacin de distribucin Reciben la potencia de los circuitos de transmisin o subtransmisin y trans orman s u voltaje a niveles adecuados para el suministro a los alimentadores primarios. En ella tenemos: Trans ormador de potencia. Interruptores. Seccionador de lnea de puesta a tierra. Este seccionador puede ser manual o automtico segn las necesidad es del sistema. Equipos de proteccin. 1.3.2 Lneas primarias o alimentadores primarios Son los circuitos que salen de la subestacin de distribucin y abastecen los camino s de lujo de potencia para los trans ormadores de distribucin, recorriendo el rea de carga. Estos alimentadores pueden ser de tipo tri sico o mono sico, areos o sub terrneos. Los alimentadores primarios incluyen elementos como los siguientes: Elementos de maniobra y/o proteccin. seccionadores, reconectadores e interruptore s. Como aisladeros, pararrayos, Elementos de sealizacin. Como por ejemplo el indicador de alla. Elementos que con trolan la tensin como reguladores y capacitores.

13 Trans ormadores de distribucin. Que se encargan de reducir el voltaje de los alimentadores primarios a niveles adecuados de utilizacin para el consumidor. Sal idas de circuitos. Acometida primaria. Entrada de la alimentacin en urbanizacione s, bricas, edi icios, centros comerciales, etc. Se utiliza cuando es necesario alimentar un centro de trans ormacin (subestacin). 1.3.3 Red secundaria Es la encargada de distribuir la potencia de los secundarios de los trans ormado res de distribucin a los usuarios, a un nivel de tensin adecuado para su utilizacin . Pueden ser tri sicas o mono sicas, area o subterrnea. 1.3.4 Acometida secundaria Es la parte del sistema de distribucin que se encuentra entre la red secundaria y el contador del usuario. Esta acometida puede ser area o subterrnea, tri sica o mo no sica. Se resume entonces, que una red de distribucin es la parte de un sistema elctrico de potencia que le lleva al usuario la energa proveniente de la subestacin de dist ribucin, incluyendo la acometida.

14 1.3.5 Tipos de voltajes utilizados en distribucin Hay una gran variedad de voltajes de generacin, transmisin, distribucin primaria, d istribucin secundaria, etc. Ejemplo de ello son los siguientes: Tabla 2. Tensiones de generacin y distribucin GENERACIN TRANSMISIN DISTRIBUCIN PRIMARIA *6.6 Kv *13.2 kV *13.8 kV 15 kV 35 kV *11 0 kV 138 kV 160 kV *220 kV 345 kV 400 kV *500 kV 750 kV * Utilizados en Colombia **Fuente: Subestaciones de alta y extra alta tensin. Carlos Felipe Ramrez G. Pgina 5 *7.62 kV (10) 11.4 kV (30) *13.2 kV (30) 6.6 kV (10) DISTRIBUCIN SECUNDARIA *2 40/120 V *220/127 V *208/120 V *440/240 V 480/277 V 1.4 CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN En general se puede mencionar que para llevar la energa elctrica a los consumidore s, desde el punto de vista de construccin se tienen dos tipos de instalaciones: ar eas y subterrneas.

15 En las redes areas los conductores van sostenidos en postes, mientras que en las subterrneas van en ductos o directamente enterrados. 1.4.1 Redes de distribucin areas En esta modalidad los conductores, que usualmente se utilizan son desnudos, van soportados a travs de aisladores en crucetas metlicas, en postes abricados en con creto o madera o metlicos en sistemas urbanos y rurales.

Comparativamente las instalaciones areas tienen un menor costo inicial que las su bterrneas (10 veces menos). Pero, estn expuestas a un gran nmero de actores que pu eden ocasionar muchas interrupciones en el servicio tales como: Descargas atmos r icas. Lluvias. Granizo. Vientos. Polvo. Temblores. Gases contaminantes. Contact s con ramas de rboles. Vandalismo. Choques de vehculos.

16 Otras desventajas al comparar con el sistema de distribucin subterrneo son: Poca e sttica. Menos con iabilidad. Menos seguridad (Peligro a los transentes) Sin embargo, a pesar de las contingencias a las que pueden estar sometidas, las redes areas son las ms utilizadas. Las redes areas tienen las siguientes ventajas: Fcil mantenimiento. Rpida localizac in de allas. Costo inicial bajo. Costos de mantenimiento bajos. Fcil diseo y const ruccin. 1.4.2 Redes de distribucin subterrneas Son empleadas en zonas donde por razones de urbanismo, de concentracin de carga, congestin o condiciones de mantenimiento no es aconsejable el sistema areo. Actual mente el sistema subterrneo es competitivo rente al sistema areo en zonas urbanas cntricas. Desventajas: Su alto costo inicial.

17 Di icultad para localizar las allas cuando hay dao en el aislamiento. Mantenimie nto costoso y complicado. Su diseo y construccin es complicado. Respecto a la red area el sistema subterrneo resulta ser: Ms con iable. De mejor es ttica. Ms seguro. La razn de su alta con iabilidad radica en el hecho de que no se ve a ectada por los actores mencionados para la red area. 1.4.3 Factores que in luyen en la eleccin de un sistema areo o subterrneo Densidad de carga. Con iabilidad. Esttica. Costo de inversin. Costo de operacin mantenimiento. Facilidad de operacin. Seguridad. Aspectos ambientales y urbanism o.

18 1.4.4 Objetivos que debe cumplir el sistema elegido Mantener la tensin de suministro a los consumidores dentro de los lmites permisibl es. Mxima seguridad en el suministro de energa, estableciendo un equilibrio tcnico-econmico. ptimo dimensionamiento en la instalacin para cubrir demandas utura s a un costo mnimo. El sistema de distribucin elctrico se hace cada da ms importante, entre otras, por l as siguientes razones: Cumple la uncin de enlace con el consumidor inal. Repres enta un elevado costo de la inversin total del sistema de potencia, oscilando alr ededor de un 50% del total de redes y se eleva a un 70% cuando son construidos c on de redes subterrneas. Es la parte del sistema que ms aporta prdidas de energa al sistema (oscila en valores cercanos al 70% de las prdidas totales). El actor ms i mportante reside en el gran volumen de elementos que con orman estos sistemas. S upervisar y controlar el desarrollo de un sistema de distribucin requiere manejar una in ormacin voluminosa y tomar delicadas decisiones, lo cual es una tarea com pleja y de gran trascendencia.

19 2 CARACTERSTICAS DE LAS CARGAS 2.1 CLASIFICACIN DE LAS CARGAS 2.1.1 Segn su localizacin geogr ica Redes urbanas Suburbanas Rurales Centro de la ciudad. 2.1.2 2.1.2.1 Segn la con iabilidad Primera categora Corresponde a los usuarios para los cuales una Tambin llamada sensible. interrupcin pondra en peligro vidas humanas; tambin para aquellos que tienen compli cados y costosos procesos industriales; estos usuarios deben disponer de plantas de emergencia y circuitos de respaldo. Se pueden citar en esta categora los hosp itales, grandes industrias (Empresas que tienen circuitos a 44 kV de di erentes

20 subestaciones), instalaciones de servicio pblico, iluminacin de pistas de aeropuer tos, iluminacin de subestaciones, estaciones de bomberos, etc. 2.1.2.2 Segunda categora Tambin llamada semisensible. Son aquellos usuarios a los cuales una interrupcin ca usa serios perjuicios, como es la pequea industria, zonas comerciales, poblacione s menores, etc. 2.1.2.3 Tercera categora o normal Representada por las cargas que ante una interrupcin de la energa elctrica, no teng an asociadas unas prdidas econmicas altas o perjuicios de gran consideracin, como e n el caso de las cargas residenciales. 2.1.3 Segn la tari a Cargas de pequea, mediana y gran industria Cargas residenciales Cargas comerciale s Cargas de otros En otros se considera la energa consumida por los edi icios e instituciones del gob ierno, el alumbrado pblico, instituciones de la iglesia, etc.

21 2.1.4 2.1.4.1 Segn el tipo de consumidor Residencial La empresa encargada suministra directamente el voltaje a niveles adecuados para el usuario 120 / 240 V 208 / 120 V. Estas tendrn una subdivisin de acuerdo a su localizacin en el espacio geogr ico, as: Urbana, suburbana y rural. 2.1.4.2 Industrial De acuerdo al tipo de industria, tal como se ha de inido anteriormente, se divid en en pequea, mediana y gran industria. EL usuario de acuerdo a sus necesidades d e ine la orma en que alimentar sus equipos. 2.1.4.3 Comercial Son aquellas cargas que son vitales para el desarrollo econmico de un poblado. Se pueden clasi icar as: reas del centro de la ciudad. Centros comerciales. Edi icio s y centros inancieros.

22 Cabe mencionar que las cargas industrial y comercial reciben un voltaje para que ellos mismos lo trans ormen, normalmente en 13,2 kV hasta 500 kVA y de ah en ade lante en 44 kV. 2.1.4.4 Tursticas Balnearios, centros vacacionales, hoteles, etc. 2.1.4.5 Servicio o icial Es el que se presta a las o icinas de carcter gubernamental o de orden nacional, departamental o municipal. Se presta tambin a los municipios para ines de iluminacin de vas pblicas, parques y seales de trnsito; planteles educativos, hospita les, clnicas, ancianatos, or anatos y en general empresas de carcter o icial. 2.1.4.6 Servicio especial: Es el que se presta a entidades culturales sin nimo de lucro que reciben donacion es de entidades o iciales de cualquier orden, o que estas ltimas hayan participad o en su constitucin. Tambin se podrn incluir instituciones de bene icencia, servici os sociales, instituciones eclesisticas, etc.

23 2.1.4.7 Servicio provisional Es el que se presta a espectculos pblicos no permanentes, iluminaciones decorativa s y otros servicios de carcter ocasional como en el sector de la construccin. 2.2 TARIFAS DEL SERVICIO DE ENERGA ELCTRICA Para el cobro del servicio elctrico, las empresas de energa se rigen por la ley 14 2 de 1.994 (artculo 86), sta ley determina el rgimen tari ario y la comisin de regulacin de energa y gas (CREG) expide resoluciones por medio de las cuales se di ctaminan las tari as que se aplican a los di erentes consumos. Se recomienda al lector observar la Resolucin No. 078 del 29 de abril de 1997 Por la cual se establece la transicin en materia de tari as de los usuarios regulado s Las tari as se determinan con base en la estructura econmica de costos de la pres tacin del servicio de energa en consideraciones de equidad social. Las siguientes de iniciones y criterios son los undamentos para el cobro de est e servicio:

24 2.2.1 Estrato socioeconmico Nivel de clasi icacin de la poblacin con caractersticas similares en cuanto a grado de riqueza y calidad de vida, determinada mediante las condiciones sicas de la vivienda y su localizacin geogr ica. 2.2.2 Tari as residenciales Para e ectos de acturacin se consideran como residenciales tambin a los pequeos es tablecimientos comerciales o industriales anexos a las viviendas. Para el servicio a usuarios residenciales se establece un cargo ijo mensual, un cargo mensual por consumo y cuando es el caso, un cargo por demanda mxima. El cargo ijo mensual es independiente del nivel de consumo y su valor depende d el estrato socioeconmico. El cargo por consumo se liquida de acuerdo a las tari as para cada uno de los si guientes rangos: Primero: Consumo de subsistencia. Segundo: Consumo bsico. Tercer o: Consumo intermedio. Cuarto: Consumo superior.

25 La magnitud de estos rangos se establecen con base en parmetros tales como los hbi tos de consumo, la disponibilidad de sustitutos energticos y el estrato socioeconm ico. El cargo por demanda mxima se le asigna a toda unidad residencial con una carga i nstalada superior a 40 kW que se liquidar con las tari as de demanda mxima del ser vicio industrial en el nivel de tensin correspondiente. 2.2.3 Tari as no residenciales Para este servicio se cobra un cargo ijo mensual, un cargo por consumo y cuando es el caso un cargo mensual por demanda mxima y uno por energa reactiva. Para est os cobros, se podrn establecer tari as di erenciales segn los niveles de tensin a l a cual se conecten los equipos de medida. Las tari as por concepto de consumo de energa activa y reactiva y de demanda mxima pueden ser objeto de di erenciacin horaria de all que existan tari as por consumo s de energa en punta o por uera de punta. A continuacin se muestra un anuncio de prensa que mes a mes las empresas que pres tan el servicio de energa elctrica tienen que expedir. En dicho anuncio se consign an las tari as de la energa para cada uno de los niveles de tensin y para cada uno de los tipos de usuario que la empresa atiende. (Observar Figura 5)

26 Figura 5. Tari as de energa elctrica

27 2.3 CARACTERSTICAS GENERALES Y DEFINICIONES 2.3.1 Capacidad Es la potencia nominal que un equipo o sistema elctrico tiene para entregar. En l os datos de placa de los di erentes aparatos del sistema se lee la capacidad por ejemplo: Generador de 70 MVA. Trans ormador de 75 kVA. 2.3.2 Carga instalada Es la sumatoria de las potencias nominales de todos los aparatos y equipos que s e encuentran conectados a un sistema elctrico sea que estn en operacin no, o que po tencialmente puedan conectarse al sistema. Se expresa en kVA, kW. Esta carga con ectada puede re erirse a todo un sistema o parte de l. Para su evaluacin se toma como base, adems de las potencias especi icadas en placa s, las equivalencias dadas por el ICONTEC (Norma 2050). 2.3.3 Demanda Es la cantidad de potencia que un consumidor utiliza de la red o del sistema en un intervalo de tiempo dado, llamado intervalo de demanda.

28 La demanda de un sistema o instalacin tambin puede de inirse como la carga medida en los terminales del receptor en un intervalo de inido de tiempo. La demanda pu ede darse tanto en kVA, kvar, kW, A demanda mxima (Por Unidad). o como porcentaje s de la 2.3.4 Demanda promedio (DP) Es el promedio de la demanda solicitada por el usuario durante un intervalo de t iempo dado. Se hace n asis en la demanda promedio ya que las cargas instantneas no son importantes puesto que se presentan durante perodos de tiempo muy cortos. Dp = Energa consumida en un intervalo de tiempo el intervalo de tiempo Ejemplo: Si la energa consumida en una residencia en un da es 17,5 kWh. Encontrar la demanda promedio. Dp = (17,5 kWh) / 24 h Dp = 0,73 kW 2.3.5 Demanda mxima (DMax) Es la mxima condicin de carga que se presenta en un sistema o instalacin durante un tiempo espec ico. La demanda mxima es expresada en unidades apropiadas dependiendo del tipo de carga, tales como kVA, kW, kvar o A.

29 La demanda mxima es de gran inters, ya que representa las condiciones ms severas de operacin impuestas a un sistema desde el punto de vista trmico y de cadas de volta je. Puede ser tomada como la demanda mxima instantnea, pero en la prctica se de ine tambin para la demanda mxima un intervalo de demanda. La mayora de estos intervalo s usados en medidores de demanda son 5, 15, 30, 60 minutos, sin embargo, tambin s e puede de inir cual es la demanda mxima diaria, semanal, mensual o anual. 2.3.6 Curvas de carga Estn ormadas por las demandas mximas que se presentan en un intervalo de tiempo d ado, por ejemplo, si la curva de carga es diaria, se tomar las demandas mximas pre sentadas durante el da. El anlisis de estas curvas constituye una base para determinar las tendencias de la carga y permite seleccionar los equipos de trans ormacin y proteccin. Tambin se pueden obtener datos que indican el comportamiento propio de la carga y de sta en relacin con la capacidad instalada. Por ejemplo si el perodo tomado para la curva de carga es de un ao, la demanda mxima ser un dato importante para ser, por ejempl o, utilizado para la planeacin del crecimiento y expansin de un sistema elctrico. A continuacin se muestran algunas curvas de carga tpicas. Cabe mencionar que los v alores estn expresados como un porcentaje de la demanda mxima (p.u.). La

30 importancia de estas curvas radica en que su orma determina el comportamiento e lctrico de las cargas residenciales, comerciales y de la pequea industria CURVA DE CARGA SECTOR RESIDENCIAL 1,000 0,900 0,800 0,700 0,600 P.U. 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 10:00 10: 45 11:30 12:15 13:00 13:45 14:30 15:15 16:00 16:45 17:30 18:15 19:00 19:45 20:30 21:15 22:00 22:45 20:30 21:15 22:00 22:45 23:30 23:30 0:15 1:00 1:45 2:30 3:15 4:00 4:45 5:30 6:15 7:00 7:45 8:30 9:15 10:00 TIEMPO (hh:m m ) Figura 6. Curva de carga sector residencial CURV A DE CARG A M O RF O L O G A CO M ERCIO 1 0 ,9 0 ,8 0 ,7 0 ,6 P.U. 0 ,5 0 ,4 0 ,3 0 ,2 0 ,1 0 10:45 11:30 12:15 13:00 13 :45 14:30 15:15 16:00 16:45 17:30 18:15 19:00 19:45 0:15 1:00 1:45 2:30 3:15 4:0 0 4:45 5:30 6:15 7:00 7:45 8:30 9:15 TIEM PO (h h :m m ) Figura 7. Curva de carga sector comercial

31 CURV A DE CARGA M ORFOLO GA P EQUEA INDUS TRIA 1 0,9 0,8 0,7 0,6 P.U. 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 10:00 10:45 11:30 12:15 13:00 13:45 14:30 15:15 16:00 16:45 17:30 18:15 19:00 19:45 20:30 21:15 22:00 22:45 23:30 0 :15 1:00 1:45 2:30 3:15 4:00 4:45 5:30 6:15 7:00 7:45 8:30 9:15 T IEM PO ( h h :m m ) Figura 8. Curva de carga pequea industria CURVA DE CARGA EN P.U. CLASE ALTA 1.2 Demanda Mxima 1 Demanda Promedio 0.8 P.U. 0.6 0.4 EL REA BAJO LA CURVA ES LA ENERGA CONSUMIDA 0.2 0 00:15 01:00 01:45 02:30 03:15 04:00 04:45 05:30 06:15 07:00 07:45 08:30 09:15 10:00 10:45 11:30 12:15 13:00 13:45 14:30 15:15 16:00 16:45 17:30 18:15 19:00 19 :45 20:30 21:15 22:00 22:45 23:30 TIEMPO (hh:m m ) Figura 9. Elementos de la curva de carga

32 En general las curvas de carga se expresan en por unidad ya que este manejo de u nidades permite mayor lexibilidad al usuario de la misma, en el eje X se tiene el tiempo, las unidades varan segn las necesidades. En la igura se muestra la dem anda mxima de la curva y la demanda promedio, as mismo se indica que el rea bajo la curva es la energa. ENERGA = D(t) dt , Donde D(t) es la demanda en el tiempo (cur va de carga) Toda curva de carga debe ir acompaada de una tabla donde se indiquen los datos de la curva y sus unidades. (Observar Figura 10) 2.3.7 Factor de demanda (Fd) Es la relacin entre la demanda mxima de un sistema o parte de l y la carga total in stalada o conectada al sistema o parte de l. El Fd siempre es menor o igual a 1, ya que la demanda mxima es menor o a lo sumo igual a la carga conectada del siste ma. Fd = Demanda Mxima Carga instalada Este actor indica la simultaneidad en el uso de cir, los aparatos elctricos de una instalacin, smo tiempo a plena carga, en cuyo caso el actor ad, a excepcin de algunos casos por ejemplo, de ctor la carga total conectada. Es de normalmente no sern accionados al mi de demanda es menor que la unid la red de alumbrado pblico cuyo a

33 T ABL A DE DAT O S C U R V A D E C A R G A E N P .U . CLASE ALT A T IE M P O (h h:m m ) 0 0 :1 5 0 0 :3 0 0 0 :4 5 0 1 :0 0 0 1 :1 5 0 1 :3 0 0 1 :4 5 0 2 :0 0 0 2 :1 5 0 2 :3 0 0 2 :4 5 0 3 :0 0 0 3 :1 5 0 3 :3 0 0 3 :4 5 0 4 :0 0 0 4 :1 5 0 4 :3 0 0 4 :4 5 0 5 :0 0 0 5 :1 5 0 5 :3 0 0 5 :4 5 0 6 :0 0 0 6 :1 5 0 6 :3 0 0 6 :4 5 0 7 :0 0 0 7 :1 5 0 7 :3 0 0 7 :4 5 0 8 :0 0 0 8 :1 5 0 8 :3 0 0 8 :4 5 0 9 :0 0 0 9 :1 5 0 9 :3 0 0 9 :4 5 1 0 :0 0 1 0 :1 5 1 0 :3 0 1 0 :4 5 1 1 : 0 0 1 1 :1 5 1 1 :3 0 1 1 :4 5 1 2 :0 0 P .U . M XIM A 0 .5 0 0 0 .4 5 4 0 .4 3 7 0 .4 4 0 0 .4 3 2 0 .4 2 8 0 .4 0 5 0 .4 0 0 0 .4 1 4 0 .3 8 1 0 .4 1 5 0 .4 0 7 0 .4 0 6 0 .4 1 2 0 .3 8 5 0 .4 0 4 0 .4 4 2 0 .4 7 0 0 .4 9 1 0 .4 9 6 0 .5 2 8 0 .5 1 4 0 .4 8 4 0 .4 5 1 0 .5 2 0 0 .6 1 9 0 .6 7 8 0 .6 6 2 0 .6 2 1 0 .6 5 3 0 .6 1 8 0 .6 2 6 0 .6 2 5 0 .6 5 2 0 .6 5 0 0 .6 5 8 0 .6 0 5 0 .6 2 8 0 . 5 4 7 0 .6 1 8 0 .5 8 2 0 .6 1 1 0 .5 7 4 0 .5 9 1 0 .6 4 2 0 .6 7 1 0 .7 1 2 0 .6 8 8 T IE M P O (hh :m m ) 1 2 :1 5 1 2 :3 0 1 2 :4 5 1 3 :0 0 1 3 :1 5 1 3 :3 0 1 3 :4 5 1 4 :0 0 1 4 :1 5 1 4 :3 0 1 4 :4 5 1 5 :0 0 1 5 :1 5 1 5 :3 0 1 5 : 4 5 1 6 :0 0 1 6 :1 5 1 6 :3 0 1 6 :4 5 1 7 :0 0 1 7 :1 5 1 7 :3 0 1 7 :4 5 1 8 :0 0 1 8 :1 5 1 8 :3 0 1 8 :4 5 1 9 :0 0 1 9 :1 5 1 9 :3 0 1 9 :4 5 2 0 :0 0 2 0 :1 5 2 0 :3 0 2 0 :4 5 2 1 :0 0 2 1 :1 5 2 1 :3 0 2 1 :4 5 2 2 :0 0 2 2 :1 5 2 2 :3 0 2 2 :4 5 2 3 :0 0 2 3 :1 5 2 3 :3 0 2 3 :4 5 0 0 :0 0 5.2 k W P .U . M X I M A 0 .6 7 0 0 .6 5 4 0 .6 7 1 0 .6 2 1 0 .5 5 6 0 .5 0 1 0 .5 0 6 0 .5 0 0 0 .4 6 8 0 .4 6 1 0 .4 1 4 0 .3 9 5 0 .4 1 9 0 .4 5 3 0 .4 6 0 0 .4 1 7 0 .4 0 6 0 . 4 1 5 0 .4 3 2 0 .4 2 8 0 .3 9 8 0 .3 9 9 0 .4 6 4 0 .5 1 9 0 .7 2 0 0 .7 7 8 0 .8 5 3 0 .9 2 0 0 .9 7 6 1 .0 0 0 0 .9 4 8 0 .9 4 1 0 .9 0 6 0 .9 2 6 0 .9 3 6 0 .8 9 4 0 .8 2 5 0 .8 2 3 0 .8 0 9 0 .8 3 3 0 .8 1 5 0 .7 8 7 0 .7 0 1 0 .6 9 5 0 .6 1 5 0 .5 6 1 0 .5 6 9 0 .5 3 3 D e m an d a M xim a Figura 10. Datos de la curva de carga

34 de demanda es 1, ya que todas las cargas estn conectadas simultneamente en condici ones normales. En resumen este actor indica como se est usando la carga conectad a al sistema. El actor de demanda resulta ser adimensional, dado que la carga conectada y la demanda mxima deben estar expresadas en las mismas unidades. Para ser espec icos, un registro del actor de demanda debera indicar el intervalo de demanda y el perodo sobre el cual la demanda mxima es aplicada. Aunque puede ser aplicado a un gran sistema, este actor es usualmente aplicable a usuarios de tipo industrial, comercial, residencial, etc. 2.3.8 Factor de carga (Fc) Mide el grado de variacin de carga en un perodo determinado, es decir, indica el c omportamiento general de la demanda comparado con su pico mximo. Como la mayora de las cargas son variables durante un perodo de tiempo dado y slo tendrn algunos pic os de demanda mximos; esta variacin es medida a travs del actor de carga, el cual est de inido como: Fc = Demanda promedio Demanda Mxima

35 La demanda mxima, debe ser el pico ocurrido en el mismo perodo en el cual se toma la demanda promedio. Este actor es adimensional y siempre es menor o igual que uno. El rea bajo una curva de carga diaria representa el consumo de kWh durante las 24 horas del da, por lo tanto, el actor de carga tambin puede ser de inido como: Fc = Energa consumida en 24 horas Demanda Mxima en 24 horas x 24 horas Tabla 3. Factores de carga tpicos ZONA ZONAS RESIDENCIALES FC (RANGO) (0,40 0,60) ZONAS COMERCIALES (0,60 0,70) ZONAS INDUSTRIALES (0,68 0,75) * Estos rangos han sido establecidos en los estudios de caracterizacin de la carg a. El actor de carga es mayor que cero y menor que la unidad. Una carga constante en un determinado perodo de tiempo tiene un actor de carga igual a 1, puesto que la carga promedio y el pico son iguales como el caso del alumbrado pblico.

36 Es necesario especi icar el intervalo de tiempo en el que estn considerados los v alores de la demanda mxima instantnea y la demanda promedio, ya que para una misma carga en un periodo de tiempo mayor se obtiene un actor de carga menor. Debido a esto: Fc Anual < Fc Mensual < Fc Semanal < Fc Diario Bsicamente el actor de carga indica el comportamiento general de la demanda comp arado con su pico mximo. Los ciclos de carga de varias ormas y picos pueden tene r igual actor de carga; el nico requerimiento para esta igualdad es que la relac in entre los respectivos promedios de carga y el pico sean iguales. 2.3.9 Factor de utilizacin (FU) Es la relacin entre la mxima demanda de un sistema o parte de l y la capacidad nomi nal del sistema o parte de l. FU = Demanda mxima del sistema Capacidad instalada Un registro de actor de utilizacin indicara el intervalo de demanda y el perodo so bre el cual la demanda mxima es aplicada. El actor de utilizacin indica el grado al cual la capacidad de un sistema est siendo utilizado durante un pico de carga. Se usa en sistemas que proporcionan potencia, por ejemplo los trans ormadores. El siguiente es un ejemplo para el actor de utilizacin:

37 Se tiene un trans ormador de distribucin de 75 kVA, durante un mes se registro su demanda y se encontr que la mxima demanda ue de 24 kVA FU = 24 kVA / 75 kVA FU = 0,32 Si FU es mayor que 1 indica que el trans ormador est siendo sobrecargado ya que l os usuarios le estn exigiendo ms de su capacidad nominal.

nos indica que porcentaje de la carga instalada se est alimentando, en cambio el actor de utilizacin nos indica la raccin de la capacid ad del sistema que se est utilizando durante el mximo pico de carga (Indica la uti lizacin mxima del equipo). 2.3.10 Factor de planta nominal (Fpt) Se de ine como la relacin entre la demanda promedio y la capacidad instalada Fpt = Demanda Promedio Capacidad instalada Este actor nos in orma acerca de la utilizacin promedio del equipo o instalacin.

El

actor de demanda

38 2.3.11 Factor de potencia (Cos ) Es la relacin entre la potencia activa y la poten cia aparente. La incidencia ms importante del actor de potencia se da en el porc entaje de prdidas y en la regulacin de voltaje por lo tanto en la calidad y economa del servicio de energa. FP = Cos = Potencia Activa Potencia Aparente Para sistemas de distribucin se ija como norma un valor de 0.9, y en caso de que presenten valores menores a ste, se deber corregir a travs de condensadores o cual quier otro mtodo. 2.3.12 Factor de perdidas ( perd) Para el clculo de prdidas de energa a partir de l as prdidas de potencia se utiliza el actor de prdidas. Este actor se de ine como la relacin entre el valor medio y el valor mximo de la potencia disipada en prdida s en un intervalo de tiempo considerado. Fperd = Valor medio de kWh de prdidas durante un periodo kW mximos de prdidas x No. de hora s del periodo El actor de prdidas es el porcentaje de tiempo que requiere el valor pico de una carga para producir las mismas prdidas que las producidas por la carga real en u n

39 periodo dado. Para e ectuar el clculo de este actor se pueden utilizar las sigui entes expresiones: Fperd = k Fc + (1 k) Fc 2 Frmula de Buller Fc : Factor de carg a k : Coe iciente estadstico (1+k) cos 2 La ecuacin ms utilizada para el clculo del actor de prdidas es la siguiente:

2.3.13 Densidad de carga Este parmetro nos indica cunta es la carga por unidad de r ea. Es recuentemente til para medir las necesidades elctricas de un rea determinad a. Se puede medir en kVA por metro cuadrado y se de ine como la carga instalada por unidad de rea; el trmino voltio-amperio por pie cuadrado es usado tambin al re erirse a la densidad de la carga, sin embargo, es limitado a edi icios comercial es o plantas industriales. Conociendo la densidad de carga y el rea de la seccin en estudio, se puede conocer el valor de la carga instalada. Ejemplo: encontrar la densidad de carga de una zona residencial de 500 metros cu adrados y cuya carga conectada es de 1800 kVA. Densidad de carga = 1800 kVA / 50 0 m2 = 3,60 kVA/ m2

Fperd = 0,3

Fc + 0,7

Fc 2

40 2.3.14 Diversidad de carga La diversidad de carga se presenta en un grupo de con sumidores que tienen una demanda espec ica, pero, por razn de sus di erentes hbitos , sus curvas de carga varan unas de otras y sus demandas mximas no coinciden en el tiempo. Este concepto indica que los picos de demanda individuales no ocurren simultneame nte. En los trans ormadores de distribucin casi que coinciden en el tiempo las de mandas mximas individuales, pues generalmente alimentan cargas relacionadas, lo q ue no ocurre con trans ormadores de potencia en subestaciones. Para el primer ca so se dice que hay menor diversi icacin de carga que para el segundo caso. 2.3.15 Demanda mxima diversi icada (Dmx) Es la mxima demanda encontrada en un grupo de consumidores cuyas curvas de carga varan unas de otras y sus demandas mximas n o coinciden en el tiempo. Esta demanda determina la capacidad del sistema alimen tador: as, la demanda mxima diversi icada de un grupo de usuarios determina la cap acidad del trans ormador; la demanda mxima diversi icada de un grupo de trans orm adores determina la capacidad de la lnea primaria, y la demanda mxima de un grupo de alimentadores primarios determina la capacidad de la subestacin.

41 En caso de que no se pueda hacer una medicin exacta de la demanda mxima diversi ic ada, debe utilizarse datos histricos que representan una buena aproximacin. 2.3.16 Demanda mxima diversi icada promedio Es la relacin entre la demanda mxima di versi icada de un sistema y el nmero de usuarios que alimenta este sistema. Dmax div promedio = Demanda mxima diversi icada del grupo Nmero de usuarios Por ejemplo si se tienen 20 usuarios y la mxima demanda del grupo ue de 50 kVA e l actor de demanda diversi icada ser: Dmax div. Promedio = 50 kVA / 20 Instalaci ones = 2,50 kVA / Inst. 2.3.17 Demanda no coincidente Se de ine como la suma de las demandas mximas indiv iduales sin importar que coincidan o no en el tiempo. Bsicamente la demanda mxima no coincidente es muy til cuando se trabaja con cargas no homogneas, mientras que la demanda mxima coincidente o diversi icada se aplica ante todo a cargas del mismo tipo.

42

Fdiv = Demandas mximas individuales i =1 n i Demanda Mxima diversi icada del grupo El actor de diversidad se utiliza para determinar la demanda mxima que resulte d e la combinacin de un grupo de cargas individuales o de la combinacin de dos o ms g rupos de stos. Estas combinaciones puede representar un grupo de usuarios aliment ados por un trans ormador, un grupo de trans ormadores conectados a un alimentad or primario, un grupo de alimentadores conectados a una subestacin, etc. Mientras que el actor de demanda indica la simultaneidad en el uso de los equip os instalados por el usuario, el actor de diversidad permite juzgar el hecho de que tan coincidentes en el tiempo son las demandas mximas individuales y aprovec har la diversidad para hacer ms econmicos los diseos y construcciones de los sistem as de distribucin puesto que se ajustan a la realidad. Los actores de diversidad son di erentes para las distintas regiones del pas, pues dependen del clima, de las costumbres, del grado de industrializacin de la zona y de las di erentes clas es de consumo.

2.3.18 Factor sumas de las ede re erirse alquier parte

de diversidad o de grupo (Fdiv) Se de ine como la relacin entre las demandas mximas individuales y la demanda mxima de todo el grupo. Pu a dos o ms cargas separadas, o puede incluir todas las cargas de cu de un sistema elctrico o el sistema total.

43 Las siguientes curvas de carga se utilizan para mostrar el clculo del actor de d iversidad, estas curvas simulan comportamientos residenciales de los estratos 1 y 2. (Observar la Figura 11) kVA 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C u r va 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 T ie m p o ( h h ) kVA 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C u r va 2 12 13 14 15 16 17 18 19

20 21 22 23 24 T ie m p o ( h h ) kVA 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C u r va 3 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 T ie m p o ( h h ) kVA 1 80 1 60 1 40 1 20 1 00 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 S UM A C 1 + C 2 + C 3 10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 T ie m p o ( h h ) Figura 11. Curvas de carga - Factor de diversidad

44 Tabla 4. Datos curva de carga - Factor de diversidad TIEMPO (hh) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 CURVA 1 CURVA 2 CURVA 3 kVA kVA kVA 10 15 5 10 15 5 10 15 5 10 15 20 10 15 20 20 15 3 0 20 15 30 20 15 30 20 40 50 20 40 50 20 40 80 20 40 80 70 40 50 70 40 50 50 40 30 50 60 30 30 60 30 30 50 10 60 50 10 60 50 10 60 50 5 10 50 5 10 5 5 10 5 5 SU MA kVA 30 30 30 45 45 65 65 65 110 110 140 140 160 160 120 140 120 90 120 120 11 5 65 20 20 Dem. Mx Intervalo de Dem. Mx Dem. Promedio 70.00 13 14 29.17 60.00 16 - 17 32.50 80.00 11 12 26.88 160.00 13 - 14 88.54 Demanda no coincidente = 70 kVA + 60 kVA + 80 kVA = 210 kVA Demanda mxima diversi icada del grupo = 160 kVA Fdiv = (70 + 60 + 80) kVA / 160 kVA Fdiv = 0,50

45 El actor de diversidad puede ser igual o mayor que la unidad: es igual a 1 cuan do todas las demandas mximas individuales ocurran simultneamente o son coincidente s. 2.3.19 Factor de coincidencia o de simultaneidad (Fco) En muchos casos se pre ie re emplear el inverso del actor de diversidad, el cual se denomina actor de co incidencia. El actor de coincidencia es la relacin entre la demanda mxima diversi icada del grupo y la suma de las demandas mximas individuales.

Fco = 1 Demanda Mxima diversi icada del grupo = n Fdiv Demandas mximas individuales i i =1 A mayor actor de coincidencia, ms coincidentes en el tiempo son las demandas mxim as individuales. En lo posible se debe reducir este actor. 2.3.20 Curvas de demanda diversi icada. La demanda diversi icada, es la demanda de un grupo o conjunto de cargas en un mismo intervalo de tiempo, con base en es te concepto se obtienen una serie de curvas que indican cual es la demanda mxima por instalacin dependiendo del nmero de usuarios.

46 El comportamiento de las curvas sigue una ecuacin inversa del tipo Y = A + B / No Usuarios. En el eje Y se encuentran los kVA por instalacin y en el eje X el nmero de usuarios, de tal manera que al conocer el nmero de instalaciones de un sistem a cualesquiera podemos conocer los kVA/Inst. y de all conocer los kVA totales . Estas curvas son de gran importancia para el diseo de las redes de distribucin, en un captulo posterior se mostrar la orma de su utilizacin. Zonas de demanda 7.00 6.00 Clase de Carga Alta 5.00 Clase de Carga Media kVA/instalacin 4.00 Clase de Carga Baja 3.00 2.00 1.00 0.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Nm ero de usuarios Figura 12 . Curvas de demanda diversi icada *Segn norma RA8-008 de Empresas Pblicas de Medelln

47 2.4 EJERCICIOS DE APLICACIN 2.4.1 Ejercicio No 1 Tres equipos registradores se han conectado para medir tres cargas de pequea indu stria, en la siguiente tabla se muestran los resultados de un da tpico de cada una de esas muestras. Se requiere encontrar los siguientes parmetros: a. Curva de la carga total b. Gr icas de las curvas de carga c. Energa de cada car ga d. Demanda no coincidente e. Factor de diversidad . Factor de carga y actor de prdidas Tabla 5 . Curvas de carga - Ejercicio de aplicacin TIEMPO (hh) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CURVA 1 KVA 5 5 10 10 10 20 30 30 20 50 CURVA 2 kVA 15 15 15 15 15 15 15 15 40 40 CURVA 3 kVA 5 5 60 60 60 30 30 30 50 50

48 TIEMPO (hh) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 F.P. CURVA 1 KVA 50 20 20 80 80 10 10 20 60 60 60 10 10 10 0,85 CURVA 2 kVA 60 90 100 100 40 50 50 10 1 0 50 50 50 5 5 0,87 CURVA 3 kVA 80 80 50 50 30 30 30 100 100 10 5 5 5 5 0,85 a. Curva de la carga total. Para encontrar la curva total se debe sumar punto a punto las tres cargas. La suma es la siguiente: TIEMPO SUMA TIEMPO SUMA hh kVA hh kVA 1 25 13 170 2 25 14 230 3 85 15 150 4 85 1 6 90 5 85 17 90 6 65 18 130 7 75 19 170 8 75 20 120 9 110 21 115 10 140 22 65 11 190 23 20 12 190 24 20 b. Gra icar las cargas individuales y la suma (Carga Total)

49 kVA 100 80 60 60 C urva 1 120 k VA Cu rva 2 100 80 40 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 9 20 21 22 23 24 Tie m po ( hh) Tie m po ( hh ) kVA 1 20 Cur va 3 250 k VA SUM A C 1 + C2 + C3 1 00 200 80 150 60 100 40 50 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 1 2 1 3 14 1 5 16 17 1 8 19 20 21 22 23 24 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tie m po ( h h ) T ie m po ( h h) Figura 13. Gr icas de las curvas de carga Ejercicio de aplicacin c. Determinar la energa que consume cada carga en un da tpico. El concepto de energa

es muy claro, consiste en hallar el rea bajo la curva de carga, sin embargo se d ebe ser cuidadoso ya que la energa tiene unidades de kWh y estas curvas de carga se expresan en kVA, por lo tanto es necesario realizar un procedimiento adiciona l para encontrar la energa. Es posible multiplicar punto a punto cada una de las curvas de carga por su respectivo actor de potencia y obtener la potencia activ a para cada hora, de esta manera obtendremos tres curvas expresadas en kW. Poten cia Activa = Cos x Potencia Aparente Con estas tres curvas es posible hallar el r ea bajo la curva. A continuacin se propone una metodologa ms rpida.

50 Se encuentra la demanda promedio de cada una de las tres curvas (kVA) a partir d e los datos de la tabla; se multiplica este dato por el actor de potencia, el r esultado obtenido ser la demanda promedio expresada en kW, como los datos se han tomado cada hora durante un da completo se multiplica el valor obtenido por 24 ho ras y el resultado es el rea bajo la curva. Energa en un da = Demanda Promedio (kW) x 24 horas Demanda Promedio (kW) = Demanda Promedio (kVA) x Factor de Potencia CARGA 1 Dem. Promedio (kVA) Factor de Potencia 28,75 0,85 !Especi i cacin de carct er no vlida 586,5 CARGA 2 36,25 0,87 CARGA 3 40,00 0,85 Dem. Promedio (kW) 31,538 34,00 Energa (kWh) 756,9 816,0 La energa total ser la sumatoria de la energa obtenida para cada una de las tres cu rvas: Energa Total (suma) = 2159,40 kWh d. Encontrar la demanda no coincidente.

51 La demanda no coincidente se de ine como la suma de las demandas mximas individua les sin importar que coincidan o no en el tiempo. Dem. No Coincidente = 80 kVA + 100 kVA + 100 kVA = 280 kVA e. Encontrar el actor de diversidad Fdiv = Demandas mximas individuales i =1 n i Demanda Mxima diversi icada del grupo La demanda mxima diversi icada de grupo es el mximo valor de la suma de las curvas de carga. Demanda mxima diversi icada de grupo = 230 kVA Fdiv = (80 kVA + 100 kVA + 100 kVA ) / 230 kVA = 1,217 El Factor de simultaneidad = 1 / 1,217 = 0,821 . Encontrar el Factor de carga y el actor de prdidas

El actor de carga se de ine as: Fc = Demanda promedio Demanda Mxima Y el actor de prdidas se calcula a partir de la siguiente expresin: * Fperd = 0,3 Fc + 0,7 Fc 2

52 CUADRO DE RESULTADOS CARGA 1 Dem. Promedio (kVA) Dem. Mxima (kVA) Factor de Carga Factor de Prdidas* 0,359 0,198 0,362 0,201 0,400 0,232 0,456 0,283 80 100 100 23 0 28,75 CARGA 2 36,25 CARGA 3 40,00 105,00 SUMA 2.4.2 Ejercicio No 2 Se instala un registrador en 20 cargas comerciales cada una con 8 kW instalados y se obtuvo la siguiente curva de carga. kW 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C u r va 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 T ie m p o (h h )

53 Se deben determinar los siguientes parmetros: a. La energa total b. Demanda mxima c . Demanda promedio d. Carga conectada e. Factor de carga . Factor de demanda g. Factor de prdidas a. La energa total La energa es el rea bajo la curva. Se toma cada intervalo de tie mpo y se multiplica por la potencia en kW del mismo intervalo as: 4 h x 15 kW + 5 h x 40 kW + 4 h x 20 kW + 4,5 h x 80 kW + 4,5 h x 18 kW + 2 h x 30 kW = 841 kWh b. Demanda mxima El valor mximo presentado en la curva de carga es de 80 kW Dem. Mx = 80 kW c. Demanda promedio Dem. Promedio = 841 kWh / 24 h Dem. Promedio = 35,04 kW

54 d. Carga conectada Carga Conectada = 20 x 8 kW = 160 kW e. Factor de carga Factor Carga = Dem. Promedio / Dem. Mx Factor Carga = 35,04 ./ 80 = 0,44 . Factor de demanda Factor de demanda = Dem. Mx. / Carga Conectada Factor de dem anda = 80 / 160 = 0,5

g. Factor de prdidas Fperd = 0,3 Fperd = 0,27

Fc + 0,7

Fc 2 Fperd = 0,3 x 0,44 + 0,7 x 0,44 2

55 3 PLANEAMIENTO DE SISTEMAS ELCTRICOS DE DISTRIBUCIN Este captulo es un resumen de la metodologa para el planeamiento de sistemas elctri cos de distribucin propuesta por el Ministerio de Minas y Energa e Interconexin Elct rica S.A. ISA en la cual se integr un grupo de representantes de las empresas del sector elctrico colombiano para obtener un manual que sirva para uni icar criter ios y que sirva de gua a las empresas elctricas para e ectuar el planeamiento de l os sistemas de distribucin. 3.1 ANTECEDENTES Los sistemas elctricos de distribucin (incluida la subtransmisin), en el Sector Elct rico Colombiano, se caracterizan por estos dos aspectos: Demandan unas inversiones que son de orden comparable a las requeridas para los planes de expansin de generacin y transmisin a alta tensin. En ellos se presenta el mayor porcentaje de prdidas del Sistema, siendo del orden de las 4/5 partes del t otal del pas en energa y en una proporcin mayor en las prdidas de potencia.

56 A di erencia de la generacin y la transmisin en alta tensin en donde existe un plan eamiento centralizado con elevado nivel tecnolgico y concertado con las empresas responsables de su desarrollo, en los sistemas de distribucin el planeamiento es disperso, con muy di erentes grados de desarrollo y dependiente de la orientacin y criterios de cada empresa distribuidora de energa que en el pas suman alrededor de treinta hasta 1.992. El planeamiento de sistemas de distribucin de energa elctrica es una actividad en l a cual el principal objetivo es adecuar bajo el criterio de e iciencia econmica, el sistema elctrico propiamente dicho y el sistema de soporte (vehculos, personal, etc.) con los crecimientos uturos de la demanda, garantizando un suministro de energa elctrica con unos niveles de con iabilidad y calidad determinados. Existen diversos aspectos inherentes a los sistemas de distribucin que complican el proceso de planeamiento, entre los cuales se podran mencionar los siguientes: Se presenta siempre una di erencia entre densidades de cargas, naturaleza de stas y topogra a que no permiten aplicar econmicamente un mismo criterio de planeamien to. Se debe elaborar un diseo que sea lexible, permitiendo ampliaciones o modi i caciones uturas que no den lugar a gastos excesivos.

57 La eleccin de alternativas se di iculta ante la multiplicidad de situaciones y la interrelacin econmica entre los diversos elementos del sistema. Las mismas caract ersticas de este subsistema obligan a disponer de un volumen muy alto de in ormac in. ETAPAS DEL PLANEAMIENTO DE SISTEMAS ELECTRICOS DE DISTRIBUCION CRITERIOS DE PLANEAMIENTO INVESTIGACION DEL SISTEMA PROTECCION DE LA DEMANDA PROYECCION DE LA DEMANDA - GRANDES CIUDADES - CIUDADES INTERMEDIAS - PEQUEAS CIUDADES Y ZONA RURAL PLAN DE EXPANSION - SUBESTACIONES - DISTRIBUCION PRIMARIA - ESTIMATIVOS PARA LA RED SECUNDARIA PLAN DE EXPANSION - GENERACION - TRANSMISION - SUBTRANSMISION PROGRAMA DE INVERSIONES EVALUACION SOCIOECONOMICA Y FINANCIERA Figura 14. Etapas del planeamiento de un sistema de distribucin

58 3.2 INVESTIGACION DEL SISTEMA El objetivo de una investigacin del sistema dentro del proceso de planeamiento de distribucin es conocer las caractersticas tcnicas y generales del sistema elctrico atendido por la empresa, de tal orma que permitan analizar e identi icar adecua damente las necesidades de expansin del sistema. 3.2.1 inventario del sistema Comprende el levantamiento sico del sistema de subtransmisin y distribucin que inc luye lneas, subestaciones, red primaria, red secundaria, as como los predios urban os y rurales propios de la entidad. Tambin en este paso se investigan las caracte rsticas generales de los sistemas de generacin y transmisin que tienen una in luenc ia directa en el rea de estudio, como plantas de generacin y las lneas y subestacio nes en las ronteras de la zona atendida por la empresa. 3.2.1.1 Sistema de generacin Consiste en hacer una descripcin tcnica muy general sobre las plantas de generacin y que se resumen en los siguientes aspectos: Localizacin Tipo (hidrulica, trmica, e tc.) Tensin nominal

59 Potencia nominal y e ectiva Con iabilidad

3.2.1.2 Sistema de transmisin Es utilizado para transportar grandes bloques de energa desde un nodo de envo haci a otro de recepcin, los cuales corresponden a centros de generacin, mercados o emp resas. El inventario que se rene, comprende in ormacin general sobre lneas y subest aciones.

Nivel de tensin Longitud Subestaciones que interconecta Nmero de circuitos Diagra a uni ilar del sistema de transmisin Calibre y tipo del conductor Localizacin de l a subestacin Capacidad de la subestacin

En algunos casos, las plantas estn conectadas directamente al sistema de distribu cin, por lo cual se hace necesario tener mayor detalle en la in ormacin de stas re erente a las impedancias de ella y del trans ormador de acoplamiento a la barra de medida tensin.

60 Con iguracin y nmero de unidades de trans ormacin Diagrama uni ilar de la subestacin 3.2.1.3 Sistema de Subtransmisin Es el conjunto de elementos elctricos que permiten llevar bloques de energa desde un nodo de envo hacia otro de recepcin dentro de un mismo mercado o empresa.

La in ormacin que se levanta para las lneas es un poco ms detallada que para lneas d e transmisin: Niveles de tensin Longitud Subestaciones que interconecta Nmero de c rcuitos Calibre, material y con iguracin de los conductores por tramo Calibre, ma terial y nmero de cables de guarda. Tipo y clase de aislamiento. Diagrama uni ila r del sistema de subtransmisin. Las subestaciones de subtransmisin corresponden topolgicamente a nodos de empalme con el sistema de distribucin por lo cual el levantamiento de in ormacin es ms ampl io: Localizacin Niveles de tensin

61 Capacidad de trans ormacin Caractersticas elctricas de los trans ormadores de poten cia Lneas de subtransmisin asociadas Diagrama uni ilar 3.2.1.4 Sistema de distribucin El inventario que se debe hacer para el sistema de distribucin es ms exhaustivo qu e para los otros sistemas uncionales (generacin, transmisin y subtransmisin) y rene in ormacin sobre subestaciones, distribucin primaria y distribucin secundaria, est a ltima con ormada por los trans ormadores de distribucin y la red secundaria.

3.2.1.4.1 Subestaciones Es el centro de trans ormacin que alimenta la distribucin primaria. Para cada una de ellas se recopila la siguiente in ormacin: Localizacin Capacidad total y posibilidades de ampliacin Potencia irme de la subestacin Nivel es de tensin Ao de puesta en operacin Nmero y clasi icacin de mdulos Cantidad y c ersticas de las celdas de distribucin

62 Reconectadores Compensacin reactiva Trans ormadores de potencia indicando sus car actersticas Esquema de suplencia entre trans ormadores Interruptores y sus caract ersticas Seccionadores y sus caractersticas Pararrayos y sus caractersticas Trans o rmadores de medida y sus caractersticas Otros equipos de patio, tales como: tramp as de onda, barrajes, aisladores, etc. Protecciones, clase y caractersticas de lo s rels Aparatos de control y medida y sus caractersticas Servicios auxiliares Equi pos de comunicacin Diagrama uni ilar 3.2.1.4.2 Distribucin Primaria Con ormada por todos los elementos que permiten ll evar energa desde una subestacin hasta el lado de alta tensin de los trans ormadore s de distribucin. El levantamiento de las caractersticas de la distribucin primaria contempla los si guientes puntos para cada circuito. Niveles de tensin Tipo de red (area o subterrne a)

63 Codi icacin de postes, tipo de estructura y localizacin Caractersticas sicas de la canalizacin subterrnea Subestaciones a la que pertenece y mdulo Calibre de salida y material Estado normal del interruptor de salida (abierto-cerrado) Caracterstica s elctricas del interruptor (corriente nominal, corriente de corto, etc) Distanci as de tramos entre postes o cmaras de inspeccin y longitud total Cantidad y caract ersticas de las celdas de distribucin Topologa Calibres por tramo y material Caract ersticas elctricas de conductores, nmero de ases Equipo conectado (trans ormadores , seccionadores, bancos de condensadores), localizacin y caractersticas. Estado no rmal (abierto-cerrado) del equipo conectado 3.2.1.4.3 Distribucin secundaria Esta con ormada por todos los elementos que perm iten llevar energa desde el lado de alta tensin de los trans ormadores de distribu cin hasta el equipo del usuario inclusive, esto es, trans ormadores y red secunda ria.

64 3.2.1.4.3.1 Red secundaria Representada por elementos necesarios para llevar la energa desde los bornes de baja tensin de los trans ormadores de distribucin hasta el equipo de medida del usuario inclusive. En el levantamiento de la in ormacin s e incluyen los siguientes aspectos:

Niveles de tensin Tipo de red (area o subterrnea) Caractersticas de los conductores por tramo Longitud por tramos Topologa Tipo de estructuras y localizacin Caracters icas de canalizaciones Identi icacin de cargas conectadas Alumbrado y caracterstic as Trans ormador que alimenta el ramal. Esta in ormacin se presenta generalmente en planos elaborados a escala normalizad a o directamente en bases de datos. Con respecto a los clientes, se deben conoce r: Direccin Trans ormador de distribucin que lo alimenta Apoyo (poste o cmara de in speccin) al cual est conectado

65

Tipo de conexin (tri sico - mono sico) Zona geogr ica (microrea o mor ologa) a la q pertenece Clase de carga a la que pertenece (residencial, comercial, etc.)

3.2.1.4.3.2 Trans ormadores La in ormacin re erente a cada trans ormador de distr ibucin, cubre los siguientes aspectos: Identi icacin (codi icacin) Ubicacin geogr ic (coordenadas o direccin) Circuito primario Fases Capacidad Aos de abricacin o re aracin e instalacin Usuarios a los que alimenta (nmero e identi icacin) Caracterstic s elctricas (impedancias, relacin de trans ormacin, prdidas sin carga y con carga, a islamiento) Carga de alumbrado pblico que alimenta (nmero de luminarias y potencia total) Tensin primaria y secundaria (doble o sencilla) y taps Protecciones Monta do en poste o en subestacin

66 3.2.2 Descripcin del mercado La descripcin del mercado investiga las caractersticas de los usuarios, evaluacin d e consumos de energa, estructura tari ara, estrati icacin y cobertura. Tambin es imp ortante conocer la evolucin histrica del mercado en aspectos como nmero de usuarios , carga mxima, curvas de carga diaria de consumidores, actores de demanda, carga , prdidas y diversidad, etc. Clasi icacin de los usuarios: Sector Residencial Sector Industrial Sector Comerci al Sector O icial Sector Alumbrado Pblico Otros Adicionalmente se tienen division es para las clases de carga. Las ms conocidas son las aplicadas a la carga reside ncial, las cuales se conocen actualmente bajo la denominacin de estratos socioeco nmicos: Estrato 6 (Alto) Estrato 5 (Medio-alto) Estrato 4 (Medio-medio) Estrato 3 (Medio-bajo) Estrato 2 (Bajo) Estrato 1 (Bajo-bajo)

67 Para la clasi icacin de los usuarios no residenciales se consideran el nivel de t ensin al cual estn conectados y su actividad econmica. Los usuarios industriales se pueden determinar teniendo en cuenta la clasi icacin dada por el CIU (Clasi icac in Internacional Industrial de actividades econmicas Uni orme) la cual los agrupa en nueve clases: Alimentos, bebidas y tabacos Textiles, con eccin de calzado y cu ero Maderas y muebles Papel e imprentas Sustancias qumicas industriales Cemento, vidrio y cermicas Hierro, acero, minerales no errosos Maquinaria y equipos Otros De igual orma se puede clasi icar los usuarios comerciales por actividad econmic a desarrollada. Los usuarios o iciales incluyen las entidades o iciales de orden nacional, departamental y municipal. El sector alumbrado pblico comprende la energa empleada para el alumbrado en calle s, avenidas, parques, etc.

68 En el sector "Otros" se incluyen las ventas en bloque a otras entidades del sect or elctrico y los consumos propios de las compaas prestadoras del servicio. 3.2.2.1 Consumos de energa El comportamiento del consumo de energa es el que de ine cmo se debe adecuar el si stema elctrico para poder atender los di erentes tipos de usuarios. Este comportamiento se puede analizar para di erentes niveles o agrupaciones de carga como subestaciones, alimentadores, trans ormadores de distribucin o el usuario m ismo. Al nivel de las subestaciones, la in ormacin tpica que se rene es la siguiente: Dem anda mxima en kVA, discriminada por barrajes y trans ormador Factor de carga Tens in en cada barraje Factor de potencia Cantidad y causas de allas en circuitos y equipos Curvas de carga Factor de demanda Factor de prdidas Generalmente se tiene n tambin sobre la diversidad de la carga entre subestaciones.

69 3.2.3 In ormacin complementaria Es de tipo general, generalmente trata aspectos como manejo de costos, reglament acin del servicio, normalizacin del equipo empleado por la empresa, dimensionamien to y con iguraciones utilizadas para las redes y horizonte de los estudios. 3.3 QU ES EL DSM? (DEMAND SIDE MANAGMENT) El Manejo o Gestin de la carga es el conjunto de actividades que llevan a cabo la s empresas con el in de modi icar la curva de carga del sistema. Estas activida des se agrupan en dos categoras, las que realizan un manejo directo de la carga ( interruptores de tiempo, limitaciones de carga, controladores de demanda lgicos p rogramables, contadores con prepago y el manejo remoto) y aquellas que hacen un manejo indirecto de la carga elctrica como polticas de precios, sustitucin de elect ricidad y programas de conservacin y ahorro. El plan de gestin de la demanda (DSM) incluye todas aquellas actividades dirigida s a mejorar la e iciencia y costo del uso de la energa Los bene icios que traen estos programas son mltiples, entre ellos: Disminucin de costos de operacin y requerimientos de capacidad instalada. Un mejor aprovechamie nto de las plantas de carga base y por ende una reduccin en los costos medios de suministro.

70 Las actividades que tenga planeadas realizar la empresa con relacin al manejo de la carga se consideran directamente en los procesos de proyeccin de demanda si ha y certeza de su ejecucin o se plantea como cualquier alternativa de expansin evalun dola tcnica y econmicamente, a partir de las proyecciones de demanda que resulten de tener o no, Gestin de la carga elctrica. La evaluacin en la proyeccin de demanda se hace con base en una caracterizacin de l a carga que describa para cada sector de consumo o clase de carga sus curvas de carga diaria, mensual y anual tpicas con sus correspondientes actores de carga, diversidad y demanda. Para el estado actual, la labor se undamenta en tomar medidas a las redes de di stribucin mediante un procedimiento de muestreo, teniendo como unidad de la muest ra, el conjunto con ormado por un trans ormador, su red de distribucin y los usua rios conectados a la misma. Se evala el tamao de la muestra de tal manera que su c on iabilidad sea superior al 95% para cada uno de los sectores acordados en este estudio y establecidos por el DANE. Para cada conjunto la investigacin se divide en tres aspectos undamentales a sab er: Inventario de carga instalada por usuario, mediante la elaboracin de un censo de carga.

71 Mediciones dentro de la red de baja tensin y en di erentes puntos, con la utiliza cin de equipos de medicin y registro. Se toman lecturas de corriente y tensin en la s derivaciones de los usuarios, con la ayuda de pinzas voltiamperimtricas, tendie ntes a complementar la in ormacin obtenida de los equipos registradores de medicin continua. Veri icacin de consumo con los archivos de acturacin para los usuarios de cada conjunto. 3.3.1 Estructura tari ara Es la orma como se realiza el cobro del servicio de energa elctrica y la descripc in de los di erentes actores que intervienen en la ijacin de las tari as para lo s di erentes tipos de usuarios. La estructura es el esquema establecido para identi icar los procedimientos y a ctores que intervienen en la de inicin de las tari as del servicio de energa elctri ca aplicadas a los di erentes tipos de usuarios. Algunos de los actores con may or incidencia en clasi icacin y ijacin de las tari as son: Sector socioeconmico de l usuario y utilizacin de la energa Estrati icacin Medicin. (Sin contador, con conta dor, etc.) Caractersticas de consumo (tari a sencilla, doble, etc.) Tipo de carga (activa, reactiva)

72 Disponibilidad de potencia (carga contratada) Nivel de tensin. Actualmente la estructura tari ara que se aplica al sector elctrico colombiano est regida por la Junta Nacional de tari as de Servicios Pblicos como organismo regul atorio en estos aspectos. 3.3.2 Cobertura Representa el alcance de la entidad en el suministro del servicio de energa dentr o del rea de in luencia que atiende (urbano y rural) y las ventas en bloque a otr as empresas del sector. La investigacin sobre el crecimiento del rea de in luencia se adelanta con entidad es o iciales y privadas tales como Municipio, Departamento Administrativo Nacion al de Estadsticas (DANE), la Asociacin Nacional de Industriales (ANDI), la Cmara Co lombiana de la Construccin (CAMACOL), etc. 3.4 PROYECCION DE LA DEMANDA La estimacin del crecimiento de la carga constituye un aspecto bsico en planeacin d e sistemas de distribucin debido a que es punto de partida para la elaboracin de p lanes de expansin.

73 Los modelos para estimar el crecimiento de la carga se dividen en dos grandes gr upos: proyeccin global de demanda (utilizados para el planeamiento de los sistema s de generacin y transmisin) y proyeccin de demanda por pequeas reas, los cuales se a plican a los sistemas de distribucin. La prediccin de la carga adems de indicar su tamao, debe predecir con su iciente de talle su localizacin, con el in de dotar al plani icador de slidos criterios en l a toma de decisiones relacionadas con la ubicacin y diseo de subestaciones y alime ntadores. 3.4.1 Proyeccin de la demanda en grandes ciudades El desarrollo de este captulo est basado en modelos prcticos actualmente utilizados o en plan de implementacin por parte de las empresas de energa que atienden las c iudades de mayor tamao del pas. Aunque existen numerosos modelos explicados en la literatura tcnica sobre este te ma, la presente metodologa toma nicamente aquellos que entregando buenos resultado s sean lo ms simple posible y por ende de una implementacin ms sencilla. Se determina el rea de estudio a partir de un marco de re erencia de inido por la empresa de energa, luego se hace una divisin de sta, con ormando una

74 cuadrcula de pequeos cuadrados de 25 ha. El objetivo es encontrar los centros de c arga (demanda concentrada en orma puntual en el centro de cada microrea), los cu ales con buena aproximacin resuelven el problema de determinar la localizacin de l a demanda. La magnitud de la carga se soluciona para cada microrea estableciendo las tendencias de crecimiento de los di erentes tipos de consumido res en cada pequea rea, utilizando para ello ecuaciones matemticas ajustadas al com portamiento histrico de la demanda y a parmetros economtricos de crecimiento La metodologa, se ilustra en orma esquemtica en la Figura 15. 3.4.1.1 De inicin del marco de re erencia En este paso se establecen todas aquellas condiciones, suposiciones y caractersti cas generales asociadas al estudio de la carga actual y utura del rea de trabajo , y al mismo sistema elctrico, las cuales en ltimo trmino determinan el alcance del estudio de proyeccin de demanda. Para el caso de proyeccin de demanda para grandes ciudades es de uso comn consider ar los siguientes aspectos: La empresa tiene claramente de inida su rea de cobert ura del servicio. El tamao del rea de estudio amerita un tratamiento con metodologa apropiada para grandes ciudades. Se dispone de un nivel adecuado de in ormacin.

75 MAR CO DE REFEREN CIA SELEC CIO N DEL A REA DE ES TUDIO D IVISIO N DEL A REA DE ESTUD IO EN A REAS BASICA S D E CARG A (ABC) DEFINICIO N DEL HO RIZO N TE DE PLANEAM IENTO ( LP Y MP ) DEFIN IC IO N Y RECO LECC ION DE LA INFOR MA CIO N ESTUD IO D E TENDENC IAS PA RA C ADA ABC PRO YECC IO N DE DEMA NDA D E PO TEN CIA LO C ALIZA DA CO N FRON TAC IO N CO N LA S PRO YECCIO NES G LO BA LES SEG UIMIENTO D E LA DEMA NDA Figura 15. Proyeccin de la demanda en grandes ciudades

76 3.4.1.2 Seleccin del Area de Estudio En este paso se determina el rea a la cual se le e ectuar la estimacin de carga (ma gnitud y localizacin). Esta rea de estudio puede corresponder territorialmente a u n municipio o a un conjunto de municipios (zona metropolitana) que debido a cier tas caractersticas de inidas dentro del marco de re erencia (por ejemplo: situacin geogr ica, tipos de carga, tasa de crecimiento semejante, etc.) se les realiza e n orma agrupada la proyeccin de demanda. 3.4.1.3 Divisin del rea de estudio Debido a que en los sistemas de distribucin la localizacin de la demanda es un ac tor decisivo para elaborar la planeacin del sistema elctrico, se debe dividir el re a de estudio en otras menores que aciliten el proceso. La divisin que se realice debe cumplir con dos compromisos: Debe dar un nivel de resolucin lo su icientemente grande que permita cumplir el segundo requerimiento de una proyeccin de demanda que es su localizacin. No debe conducir a reas tan pequ eas que di iculte extremadamente la consecucin y el manejo de la in ormacin.

77 La metodologa clsica para grandes ciudades establece que esta divisin sea en celdas cuadradas de 25 hectreas (500 m x 500 m), las cuales son conocidas con el nombre de ABC o BLA (Areas Bsicas de Carga). Los contornos de estas pequeas reas son paralelos a las coordenadas geogr icas Nort e - Sur Oriente - Occidente. La identi icacin de cada ABC se hace por medio del p ar ordenado de menor valor de uno de sus vrtices, de acuerdo con la cartogra a ela borada por el Instituto Geogr ico Agustn Codazzi. El tamao uni orme de estas pequeas reas trae mltiples ventajas relacionadas principa lmente con los procesos de recoleccin de in ormacin, sistematizacin y precisin de re sultados. 3.4.1.4 De inicin del horizonte de planeamiento Este paso es importante porque establece en parte el alcance del estudio y sus c onsecuentes necesidades en el nivel de in ormacin.

78 Las empresas de servicio elctrico acostumbran dividir el estudio de la planeacin d el sistema en dos horizontes: Mediano plazo y Largo Plazo. En el primero se dete rminan las obras necesarias para atender el crecimiento de la demanda durante di cho perodo (Tpicamente entre 5 y 10 aos) y en el segundo, de carcter estratgico, se d etermina en orma global las tendencias de crecimiento del sistema (entre 10 y 2 0 aos), las cuales pueden a ectar el esquema organizacional de la empresa. Cabe notar que el reglamento de distribucin de energa elctrica, resolucin 070 de may o de 1.998 establece en el numeral 3.4.1 los horizontes de planeacin. A continuac in se muestran los di erentes horizontes determinados por cada operador de red se gn sus criterios tcnicos Tabla 6 . Horizontes de planeamiento PERIODOS DE TIEMPO CONSIDERADOS PARA LOS HO RIZONTES DE PLANEAMIENTO EMPRESA EEB EEPPM CVC EMCALI CORELCA LARGO PLAZO 10 20 8 10 10 a 15 MEDIANO PLAZO 5 a 10 10 4 5 5 a 10 2 0a5 CORTO PLAZO 0a5 5

79 PERIODOS DE TIEMPO CONSIDERADOS PARA LOS HORIZONTES DE PLANEAMIENTO EMPRESA ELEC TRANTA CHEC CELGAC ESSA LARGO PLAZO 15 15 10 10 MEDIANO PLAZO 10 10 5 a 10 CORTO PLAZO 5 6 0a5 3.4.1.5 De inicin y Recoleccin de la In ormacin

Los datos que a continuacin se describen, algunos imprescindibles, otros no, requ ieren de una revisin continua y consecuente de actualizacin. La consecucin tradicio nal y ms