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Profª. Ana Paula C. de Mello Curso de Graduação em Engenharia Elétrica – Distribuição de Energia

Estimação de Cargas Elétricas

Aula 03

Profª. Ana Paula C. de Mello


Estimação de cargas elétricas

• O primeiro problema encontrado quando se iniciam análises de sistemas de distribuição é a determinação do valor das cargas que serão utilizadas no estudo.

• A caracterização da carga impacta diretamente no diagnóstico da rede:

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Diagnóstico da rede

Carregamento

Queda de tensão

Perdas

Confiabilidade


Características de Cargas

• As cargas se classificam segundos vários critérios:• Localização Geográfica

• Regiões urbanas, rurais, etc.• Rentabilidade

• Pequeno, médio ou grande consumidor• Grau de dependência do suprimento

• Cargas comuns e especiais– Cargas sensíveis e não sensíveis

• Tarifação• Tipo de atividade

• Residencial, rural, industrial, comercial.


Curva de Carga

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 - 11 - 22 - 33 - 44 - 55 - 66 - 77 - 88 - 99 - 1010 - 1111 - 1212 - 1313 - 1414 - 1515 - 1616 - 1717 - 1818 - 1919 - 2020 - 2121 - 2222 - 2323 - 24

Dea

man

da

Horas

Carga Residencial

Carga Industrial

Demanda Conjugada

A área abaixo da curva (Demanda Conjugada) representa a energia consumida.

A curva de carga representa o perfil do consumidor:

• Diário• Semanal• Mensal

O intervalo de demanda analisado pode variar:

5, 10, 15 minutos


Curva de Carga

• Fatores que alteram o comportamento das cargas:• Temperatura;• Dia da semana;• Estação do ano;• Tipo de atividade econômica;• Poder aquisitivo;• Região de localização;• Eventos sociais.

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• Caracterização das cargas elétricas se dá a partir de 3 grandes elementos:

Caracterização da carga

Curvas típicas

Modelos de carga

Fatores típicos


Fatores típicos

• DEMANDA• De acordo com as normas técnicas define-se: “A

Demanda de uma instalação é a carga nos terminais receptores tomada em valor médio em um determinado intervalo de tempo.”

• O período no qual é tomado o valor médio é chamado de “intervalo de demanda”.

• DEMANDA MÁXIMA“É o maior de todos os valores de demandas que ocorreram em um período especificado de tempo.”Não confundir o período o qual a demanda foi observada com intervalo de demanda!


Curva de Carga (Demanda versus tempo)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 - 11 - 22 - 33 - 44 - 55 - 66 - 77 - 88 - 99 - 1010 - 1111 - 1212 - 1313 - 1414 - 1515 - 1616 - 1717 - 1818 - 1919 - 2020 - 2121 - 2222 - 2323 - 24

Dea

man

da

Horas

Demanda Conjugada • O intervalo de demanda usualmente é 15 minutos.

• O planejamento do sistema deve considerar FATORES TÍPICOS DE CARGA para o dimensionamento racional e eficiente da infraestrutura.

• Fatores típicos de carga expressam o comportamento ou características de um conjunto de consumidores

Demanda máxima


Fator de Demanda

• Fator de Demanda: É a relação entre a demanda máxima de uma carga e sua respectiva carga nominal (relação entre demanda máxima e demanda instalada)

á

,,Onde:Dmáx = demanda máxima do conjunto das “n” cargas;Dnom,i = potência nominal da carga i.

Adimensional geralmente não é maior do que 1Exprime a porcentagem de potência instalada que está sendo utilizada.


Fator de Utilização

• Fator de utilização: Utilizado para expressar a porcentagem da capacidade nominal de um sistema (alimentador, transformador, etc) que está sendo utilizada.

Exemplo: Um transformador de 45 kVA alimenta uma carga de 40 kVA cuja demanda máxima é de 30 kVA. Calcule o fator de demanda e o de utilização.

sist

máxutil C

Df


Fator de Diversidade e Coincidência

• Para medir a diversidade entre as demandas máximas de um grupo de consumidores se adota o fator de diversidade

• Este fator é imprescindível no dimensionamento de umtransformador ou alimentador.

• O fator de coincidência ou simultaneidade é o inverso dofator de diversidade.

Fator diversidade:“Relação entre a soma das demandas máximas individuais e a demanda máxima do grupo”


Fator de Diversidade

• A demanda máxima de todos os consumidores de um grupo só ocorrem simultaneamente em casos excepcionais.

• Existe em todos os sistemas uma diversidade entre consumidores.

• Um alimentador opera diariamente com uma carga variável

Em qual situação tem-se as condições mais severas de queda de tensão?


Fator de Diversidade

• Demanda diversificada: é a soma das demandasindividuais da carga em um determinado instante

• Demanda máxima diversificada: é a demandadiversificada que ocorre no instante de ponta do conjunto decargas

Ddiv(t)

Dmáx,div

ttmáx


Fator de Contribuição

• Fator de contribuição: é a relação entre a demandade uma carga no instante de ponta do conjunto e ademanda máxima dessa mesma carga

• A demanda individual de um consumidor quando ocorre a demanda máxima do grupo é denominada responsabilidade do consumidor.

• Para o sistema a responsabilidade é mais importante que a própria demanda máxima do consumidor.


Exemplo 1

A demanda máxima do grupo de 5 consumidores mostrados natabela abaixo é de 5930 W e ocorre as 19:15 h.a) Qual o fator de diversidade do grupo?b) Qual o fator de demanda do consumidor 2, se sua carga

instalada é de 3370 W? Qual a sua responsabilidade?


Fator de Carga

• Fator de carga: É a relação entre as demanda média e demanda máxima do sistema, ocorrida em um determinado período de tempo (dia, mês ou ano)

Demanda [kW] Demanda Máxima

Demanda Média

Tempo [h]240

máx

méd

DDfc

Fator de Carga:

Valor não pode ser maior que “1”


Exemplo 2

Um sistema elétrico de potência supre uma pequenacidade que conta com 3 circuitos, que atendem,respectivamente, cargas industriais, residenciais e deiluminação pública. A curva diária de demanda de cadaum dos circuitos, em termos de potência ativa, kW, estáapresentada na tabela a seguir:


Hora Iluminação pública

(kW)

Carga residencia

l (kW)

Carga industrial

(kW)

Agregado(kW)

0-1 50 70 200 3201-2 50 70 200 3202-3 50 70 200 3203-4 50 70 350 4704-5 50 80 400 5305-6 0 95 500 5956-7 0 90 700 7907-8 0 85 1000 10858-9 0 85 1000 1085

9-10 0 85 1000 108510-11 0 95 900 99511-12 0 100 600 70012-13 0 130 900 103013-14 0 90 1100 119014-15 0 80 1100 118015-16 0 80 1000 108016-17 0 100 800 90017-18 0 420 400 82018-19 50 1450 400 190019-20 50 1200 350 160020-21 50 1000 300 135021-22 50 700 200 95022-23 50 200 200 45023-24 50 50 200 300

Determinar:

a) As demandas máximas individuais;

b) A demanda máxima diversificada do conjunto;

c) Fatores de diversidade e Coincidência;

d) O fator de contribuição dos três tipos de consumidores para a demanda máxima do conjunto.

e) Fator de carga do conjunto.


Fatores de Utilização e Perdas

• Fator de Perdas: é a relação entre a perda de demanda média e a perda de demanda máxima observadas em determinado período de tempo (dia, mês ou ano)

TPerdaPerdaPerdaf

máx

p

máx

médiap



• Caracterização da carga se dá a partir de 3 grandes elementos

Caracterização da carga

Curvas típicas

Modelos de carga

Fatores típicos


Curvas Típicas

Carga representada por Curvas Típicas de Carga: • São curvas que expressam o comportamento da carga

de determinados grupos típicos de consumidores.

• Indisponibilidade de medições de curva de carga nos consumidores impõe a necessidade de usar outra solução


Curvas Típicas

Curvas típicas de carga: Podem ser teóricas, levantadas a partir de pesquisas de posse

de equipamentos e hábitos de consumo Podem ser medidas, obtidas a partir de campanha de medidas

em uma amostra representativa Objetivo principal é converter o consumo mensal em uma

curva de carga diária São obtidas por classe de consumo e por faixa de consumo

• A primeira etapa da construção dessas curvas é a definição dos tipos de carga que serão considerados.


Curvas Típicas

• A maioria das empresas distribuidoras de energia normalmente trabalha com suas cargas divididas em classes de consumidores (PRODIST – Módulo 2).

• Classificaçãoa) Residencial; b) Rural; c) Comercial, serviços e outras atividades; d) Industrial; e) Iluminação Pública; f) Qualquer classe atendida a partir de sistema subterrâneo de distribuição.


Curvas Típicas

Tipos de consumidores: Residencial

De 0 a 80 kWh De 81 a 200 kWh De 201 a 500 kWh De 501 a 1.000 kWh Acima de 1.000 kWh

Comercial De 0 a 500 kWh De 501 a 1.000 kWh De 1.001 a 5.000 kWh De 5.001 a 10.000 kWh Acima de 10.000 kWh

Industrial De 0 a 500 kWh De 501 a 1.000 kWh De 1.001 a 5.000 kWh De 5.001 a 10.000 kWh Acima de 10.000 kWh

Rural De 0 a 200 kWh De 201 a 500 kWh De 501 a 1.000 kWh De 1.000 a 5.000 kWh Acima de 5.000 kWh

Outros (comercial) MT

De 0 a 50 kW De 51 a 100 kW De 101 a 200 kW De 201 a 300 kW De 301 a 500 kW De 501 a 1.000 kW Acima de 1.000 kW


Curvas Típicas

Curvas típicas teóricas são obtidas a partir de questionários endereçados aos diversos tipos de consumidores

TV

iluminação

geladeira

total


Curvas Típicas

Curvas típicas medidas são obtidas a partir decampanha de medidas (revisão tarifária) em umaamostra de consumidores


Curvas Típicas

Curvas típicas medidas: Medições nos consumidores duram cerca de 10

dias Medição de potência ativa, podendo haver medição

de demanda reativa Todas as curvas medidas de todos os

consumidores de um determinado tipo sãoanalisadas de forma a identificar padrões de curvas

No caso de mais de um padrão por tipo, indica-se aparticipação de mercado de cada padrão

Intervalos possíveis: 60, 30, 15, 10 ou 5 min


Curvas Típicas

Tipologias dentro de um mesmo tipo com diferentesparticipações de mercado:


Curvas Típicas

Como obter a curva de carga dos consumidores emkW?

Para cada consumidor ou grupo de consumidores,obtém-se a demanda média mensal a partir doconsumo mensal

Atribui-se uma curva típica ao consumidor ou grupo deconsumidores e multiplica-se cada ponto dessa curvapela potência média

tTKWhD k

méd

Demanda Média para um Grupo k de consumidores:

T=Período(dias);t=tempo(horas)

DadosdeConsumo(kWh)


Curvas Típicas

E se houver mais de uma tipologia que pode serassociada ao consumidor?

No caso de consumidores MT: Esse tipo de consumidor sempre possui a energia mensal e a

demanda máxima Apenas com essas informações, é possível calcular o fator de

carga Seleciona-se a tipologia com fator de carga mais próximo do

consumidor


Construção de Curvas Típicas

• Normalmente, durante o processo de construção das curvas típicas de carga são levados em consideração dois fatores:• CT devem ser construídas para os diferentes dias da

semana (dia útil, sábado e domingo/feriado), para as diferentes estações do ano e para as diferentes regiões.

• Há a necessidade de a cada 4 ou 5 anos renovar as curvas típicas de carga (inserir novas informações), devida a evolução de tecnologia e a mudança da estrutura tarifária (mudanças nas características de consumo).



• 1º Trabalho Construção de Curvas Típicas de Carga:

• Trabalhar com curvas de carga diárias, construídas em intervalos de uma hora;

• Potência ativa e reativa, normalizadas em função da máxima demanda ativa verificada (tratamento dos dados);



• Construção de Curvas Típicas de Carga:

• Procedimento:1) Calcular as demandas médias ativa e reativa para cada hora;




2) Calcular a demanda média ativa e reativa para cada hora das curvas de mesmos tipos de dias da semana, de forma que sejam obtidas três curvas: uma para dias úteis, uma para sábados e uma para domingos;




2) Calcular a demanda média ativa e reativa para cada hora das curvas de mesmos tipos de dias da semana, de forma que sejam obtidas três curvas: uma para dias úteis, uma para sábados e uma para domingos;

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Engenharia Elétrica - UNIPAMPA - © Prof. Eduardo M. dos Santos




3) Normalizar as três curvas pela demanda ativa máxima verificada entre as três anteriores;




3) Normalizar as três curvas pela demanda ativa máxima verificada entre as três anteriores;

kut kutkut kut

kmáx kmáx

P QP* ;Q*P P

kst kstkst kst

kmáx kmáx

P QP* ;Q*P P

kdt kdtkdt kdt

kmáx kmáx

P QP* ;Q*P P

para t = 0, ..., 23 horas, onde:

P = potência ativa;P* = potência ativa normalizada;Q = potência reativa;Q* = potência reativa normalizada;k = tipo de consumidor;u = dia útil;s = sábado;d = domingo;máx = máximo;t = período de tempo.




4) Construir a curva típica de carga:Atribuindo uma curva típica ao consumidor ou grupo de consumidores e multiplica-se cada ponto dessa curva pela demanda média.




4) Construir a curva típica de carga, através do cálculo da média das demandas ativas e reativas normalizadas para cada hora do dia.

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