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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
Profª. Ana Paula C. de Mello Curso de Graduação em Engenharia Elétrica – Distribuição de Energia
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
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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.
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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
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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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Estimação de cargas elétricas
• Caracterização das cargas elétricas se dá a partir de 3 grandes elementos:
Caracterização da carga
Curvas típicas
Modelos de carga
Fatores típicos
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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!
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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
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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.
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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
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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”
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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?
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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
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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.
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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?
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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”
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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:
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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.
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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
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Estimação de cargas elétricas
• Caracterização da carga se dá a partir de 3 grandes elementos
Caracterização da carga
Curvas típicas
Modelos de carga
Fatores típicos
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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
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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.
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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.
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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
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Curvas Típicas
Curvas típicas teóricas são obtidas a partir de questionários endereçados aos diversos tipos de consumidores
TV
iluminação
geladeira
total
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Curvas Típicas
Curvas típicas medidas são obtidas a partir decampanha de medidas (revisão tarifária) em umaamostra de consumidores
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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
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Curvas Típicas
Tipologias dentro de um mesmo tipo com diferentesparticipações de mercado:
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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)
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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
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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).
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Construção de Curvas Típicas
• 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);
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Construção de Curvas Típicas
• Construção de Curvas Típicas de Carga:
• Procedimento:1) Calcular as demandas médias ativa e reativa para cada hora;
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Construção de Curvas Típicas
• Construção de Curvas Típicas de Carga:
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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Estimação de cargas elétricas
• Construção de Curvas Típicas de Carga:
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
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Construção de Curvas Típicas
• Construção de Curvas Típicas de Carga:
3) Normalizar as três curvas pela demanda ativa máxima verificada entre as três anteriores;
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Construção de Curvas Típicas
• Construção de Curvas Típicas de Carga:
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.
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Construção de Curvas Típicas
• Construção de Curvas Típicas de Carga:
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.
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Estimação de cargas elétricas
• Construção de Curvas Típicas de Carga:
4) Construir a curva típica de carga, através do cálculo da média das demandas ativas e reativas normalizadas para cada hora do dia.