ITM. Gil Tobón. Muñoz Marín. Curva de Demanda de Carga.

Resumen—Las fallas presentadas en los transformadores de potencia sumergidos en aceite tienen consecuencias graves sobre los costos operativos de mantenimiento y de reemplazo del transformador. Por tal motivo, en este trabajo se presenta dos técnicas de monitoreo tales como: el análisis de gases disueltos (DGA) y el análisis de contenido de compuestos furanicos como una importante herramienta no invasiva y eficiente, para evaluar la condición el envejecimiento del aislamiento del transformador.

Índice de Términos— Curva de Cargabilidad. Demanda máxima de carga. Dimensionamiento del transformador.

I.INTRODUCCIÓN

Los transformadores son uno de los elementos más importantes y costosos de una instalación eléctrica industrial. Por ello es fundamental determinar criterios de cargabilidad que permitan definir cual es el transformador más apropiado para la carga que se desea alimentar, ya que, al sobrecargar un transformador se disminuirá su vida útil, pero, por otra parte, un transformador sobredimensionado, incurrirá en un desperdicio de capacidad instalada.

Es por eso que las curvas de cargabilidad se convierten en una herramienta de suma importancia para estimar la demanda potencia a la cual el transformador se vera enfrentado.

II. CURVA DE CARGABILIDAD

Una curva de carga o curva de demanda de un equipo, por ejemplo un transformador, representa la forma en que varía con el tiempo la demanda de potencia eléctrica acumulada por los consumidores que son alimentados por ese equipo. La demanda es el valor promedio de carga en un intervalo de tiempo (por ejemplo una hora) y se obtiene dividiendo la energía consumida durante ese intervalo (kWh) entre la duración del intervalo. [1]

En la figura 1, se puede observar algunos ejemplos de curvas de demanda de carga para carga residencial, comercial e industrial.

Figura 1. Ejemplo Curva de cargabilidad para el sector residencial comercial e industrial. (Willis, 1997,pag 65).

Estas graficas muestran la cantidad de potencia que un consumidor utiliza en cualquier momento. Dicho de otra forma: las curvas de demanda de potencia de una instalación eléctrica, muestran la demanda de carga, tomada en un valor medio en un intervalo determinado. El período durante el cual se toma el valor medio se denomina intervalo de demanda. [2]

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Curva de Cargabilidad (Curva de Demanda de Carga)

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La variación de la demanda en el tiempo para una carga dada origina el ciclo de carga que es una CURVA DE CARGA (demanda vs tiempo).

A. Curvas de carga diaria:

Estas curvas se dibujan para el día pico de cada año del período estadístico seleccionado.Las curvas de carga diaria están formadas por los picos obtenidos en intervalos de una hora para cada hora del día. Las curvas de carga diaria dan una indicación de las características de la carga en el sistema, sean estas predominantemente residenciales, comerciales o industriales y de la forma en que se combinan para producir el pico. Su análisis proporcionan mayores detalles sobre la forma en que han venido variando durante el período histórico y constituye una base para determinar las tendencias predominantes de las cargas del sistema, permite seleccionar en forma adecuada los equipos de transformación en lo que se refiere a la capacidad límite de sobrecarga, tipo de enfriamiento para transformadores de subestaciones y límites de sobrecarga para transformadores.

En la figura 2 se muestra las curvas de carga diarias típicas en nuestro país para carga industrial que muestran el porcentaje pico contra el tiempo y permite observar su dinámica.

Figura 2. Curva de carga diaria para sector industrial. (Ramirez castaño, 2004.pag 22)

B. Curvas de duración de carga diaria:

Estas curvas se derivan de las anteriores y se muestra en la figura 3. Su análisis debe conducir a conclusiones idénticas a las obtenidas del análisis de las curvas de carga diaria. La curva indica la

duración de cada una de las demandas presentadas durante el periodo de tiempo especificado.

Figura 3. Curva de duración de carga diaria. (Ramirez castaño, 2004.pag 20)

C. Curvas de carga anual:

Estas curvas se deben dibujar en lo posible para los 4 años del período estadístico como se muestra en la figura 4, y muestran la forma como se está incrementando la carga durante dicho periodo y ayuda en la deducción de la rata de crecimiento de la demanda.

Figura 4. Curva de carga anual. (Ramirez castaño, 2004.pag 23)

Las curvas de carga anual están formadas por los valores de la demanda a la hora pico en cada mes, permiten una visualización de los crecimientos y variaciones de los picos mensuales y anuales. El análisis de las causas de estas variaciones debe conducir a conclusiones prácticas sobre el

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comportamiento del sistema y los factores que lo afectan.

D. Curvas de duración de carga anual:

También se dibujan para los años del período estadístico como se muestra en la Curvas de carga anual. Estas curvas indican la distribución de las cargas pico durante el transcurso del año, así como la duración de las condiciones del pico.

Proporcionan una indicación del comportamiento propio de la carga y del de ésta en relación con la capacidad instalada. Esta puede conducir a conclusiones sobre la conveniencia de tratar de modificar el comportamiento de la carga y sobre la necesidad de mejorarlas condiciones de suministro y otras.

Figura 5. Curva de duración de carga anual. (Ramirez castaño, 2004.pag 24)

III. EJEMPLO DE CURVA DE CARGABILIDAD ANUAL PARA LA EMPRESA

FORJAS BOLIVAR S.A.

Forjas Bolívar S.A.S. es una empresa metalmecánica especializada en la fabricación de repuestos para la industria cementera, minera, petrolera y en general la industria pesada. Sus principales consumos de potencia son generados por: hornos de inducción utilizados para calentar el acero para el proceso de forja y horno de resistencias de tratamientos térmicos; Motores de

las prensas de forja, maquinas de corte y centros de mecanizado; equipos de soldadura y soldadores por chisporroteo para fabricación de cadenas eslabonas para hornos de cemento.

En la Tabla I. Se muestra el consumo pico mes a mes durante el periodo 2009-2012 de potencia demandada para realizar sus labores industriales.

Tabla I. Consumo anual pico de potencia Forjas Bolívar S.A.S

Periodo Consumo

Potencia Máxima (kW)

Periodo Consumo

Potencia Máxima (kW)

1-2009 257,03 1-2011 494,202-2009 295,68 2-2011 437,18

3-2009 362,41 3-2011 417,47

4-2009 329,68 4-2011 429,79

5-2009 293,56 5-2011 375,93

6-2009 308,14 6-2011 388,60

7-2009 292,72 7-2011 376,28

8-2009 387,97 8-2011 410,08

9-2009 332,64 9-2011 479,60

10-2009 319,26 10-2011 444,40

11-2009 375,93 11-2011 501,60

12-2009 304,83 12-2011 365,20

1-2010 400,92 1-2012 413,60

2-2010 375,93 2-2012 360,80

3-2010 403,39 3-2012 409,20

4-2010 497,72 4-2012 396,00

5-2010 427,32 5-2012 352,00

6-2010 462,17 6-2012 356,40

7-2010 446,68 7-2012 404,80

8-2010 334,04 8-2012 360,80

9-2010 325,60 9-2012 448,80

10-2010 394,94 10-2012 378,40

11-2010 334,40 11-2012 352,00

12-2010 368,19 12-2012 294,80

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Concentración de gases en el aceite

µl/l

Relación normal de gases en el aceite

Hidrogeno 75-200 Metano / Hidrogeno < 0,1 >

Monóxido de

carbono500-1000 Etano/Metano < 0,1

Metano 25-100 Etileno/Etano < 1

Etano 15-250 Acetileno/Etileno < 0,5

Etileno 10-30

Acetileno 10-15

IV. PERDIDA DE LAS PROPÍEDADES MECÁNICAS DEL PAPEL DEBÍDO AL

ENVEJECIMIENTO

V. INDICADORES DEL ESTADO DE DETERIORO DEL AISLAMIENTO

VI. CONCLUSIONES

• Las pruebas más utilizadas para diagnosticar el estado del aislamiento del transformador sumergido en aceite son: el análisis DGA y contenido de compuestos furánicos. El uso de otras técnicas está aumentando, pero está limitada por una serie de factores, Tales como: El costo de aislar el

transformador y realizar pruebas mas tecnificadas pueden ser grandes. También si se desea instalar equipos de monitoreo, Sensores y equipos electrónicos, puede ser un factor de costo importante. La interpretación de las pruebas requiere personal con alta experiencia Interpretación equivocada de los datos puede llevar a conclusiones ilusorias sobre la condición del transformador.

• Se puede aseverar que el envejecimiento del aislamiento del transformador de potencia sumergido en aceite es factor de más importancia con el cual se puede determinar la vida útil restante del transformador.

• Las pruebas utilizadas para diagnosticar el estado del aislamiento del transformador de potencia sumergido en aceite, ayudan a mantener una estadística sobre el comportamiento del equipo en el tiempo y en las diferentes condiciones de carga. Estos datos serian útiles a largo plazo para poder decidir la compra de un equipo nuevo de la misma marca, en caso de que se hubiesen obtenido resultados satisfactorios. Además ayudarían a obtener experiencia suficiente para la toma de decisiones concernientes a mantenimientos.

• Otra gran ayuda que nos suministra las técnicas tradicionales para determinar el envejecimiento del aislamiento del transformador de potencia sumergido en aceite, tiene que ver, que con los resultados obtenidos del análisis DGA y contenido de compuestos furánicos, se puede inferir el estado de otro transformador similar al que se está monitoreando, el cual esta sometido a las mismas condiciones tanto geográficas, climáticas, como de carga.

• Desde otro punto de vista, la determinación del envejecimiento del aislante solido del transformador sumergido en aceite, se realiza para:

- Controlar el estado del transformador y proporcionar una alerta temprana de las posibles fallas incipientes del transformador.

- Para determinar si un transformador está en una condición adecuada para hacer frente a

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condiciones de funcionamiento, por ejemplo: cambio de carga, sobretensión de origen atmosférico o de maniobra etc.

- Para obtener resultados que sirvan como referente, para interpretación de futuras pruebas.

- Para ayudar en la planificación de la estrategia de sustitución de los transformadores que ya han cumplido su tiempo de vida.

REFERENCIAS

[

Jesid Arturo Gil Tobón. Estudiante Ing. electromecánica X semestre, Instituto Tecnológico Metropolitano ITM (Institución Universitaria).

Tecnólogo mecánico. Institución Universitaria Pascual Bravo (2003).

http://books.google.com.co/books?id=34Kd7ol1dMUC&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&

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