Cálculo del perfil de carga | Un ejemplo resuelto

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El perfil de carga es una aproximación de la energía total requerida por un sistema eléctrico durante un período de tiempo (por ejemplo, años, días, horas). El perfil de carga se muestra en un gráfico bidimensional que muestra la carga instantánea (en voltios-amperios) a lo largo del tiempo y proporciona una manera fácil de visualizar los cambios de carga a lo largo del tiempo.

La aproximación de la demanda energética es muy importante para el dimensionamiento de dispositivos de almacenamiento de energía como las baterías, debido a que la capacidad de estos dispositivos depende de la energía total requerida por las cargas conectadas. Este cálculo también es útil para aplicaciones de rendimiento energético, donde es importante estimar el consumo de energía de un sistema.

Cálculo Acercarse

Hay dos métodos diferentes para desarrollar perfiles de carga:

  1. método de 24 horas

Este método muestra las cargas instantáneas promedio durante un período de 24 horas. Este método en particular se utiliza principalmente en aplicaciones de sistemas solares fotovoltaicos.

  1. Método de independencia

Este método se utiliza principalmente en aplicaciones de energía de respaldo, como sistemas de batería en UPS. Este método muestra las cargas instantáneas promedio durante un período de autonomía (respaldo), que es el período de tiempo durante el cual un sistema de respaldo como las baterías debe proporcionar las cargas.

Ambas técnicas utilizan los mismos tres pasos generales con algunas diferencias menores:

Paso 1: desarrollar una lista global de cargas conectadas

Paso 2: Desarrollar el perfil de carga

Lee:  Suministro de CA trifásico: conexión estrella y triángulo

Paso 3: Calcular la carga de diseño total y los requisitos de energía de diseño total

Paso 1: Preparación de la lista de carga

El primer paso es transformar todas las cargas recopiladas en una lista de cargas.

Técnica de perfil de 24 horas

En este modo particular, el período de tiempo se presenta como tiempos de «ENCENDIDO» y «APAGADO». Estos estados ON y OFF son cuando la carga está programada para encenderse y luego apagarse más tarde. Para algunas cargas que funcionan en continuamente, las horas de ENCENDIDO y APAGADO son 00:00 y 23:59 respectivamente.

Técnica de independencia

En este método en particular, el período de tiempo que significa «respaldo» se denomina «independencia» e indica el número de veces que las cargas deben ser alimentadas por un sistema de respaldo como las baterías durante la interrupción del servicio.

Calcular la carga consumida (VA)

Aquí podemos calcular la potencia aparente consumida por las cargas en términos de voltios-amperios. Para cada carga, podemos calcular el VA usando la siguiente fórmula:

[{{S}_{cl}}=frac{{{P}_{cl}}}{cosphi times eta }]

Dónde

${{S}_{cl}}$, potencia aparente consumida por la carga (VA)

${{P}_{cl}}$, potencia activa consumida por la carga (W)

$eta$, eficiencia de carga (pu)

$cosphi $, factor de potencia de carga (pu)

Paso 2: Desarrollo del perfil de carga

El perfil de carga se desarrolla a partir de la lista de carga que muestra la rellenos distribución en el período.

Suponga que las cargas que se muestran en la siguiente tabla se basan en el método de independencia (respaldo):

divisiones Carga (VA)Tiempo de independencia (reserva) (Ur.)
Sección de Interconexión Digital2004
Distribución electrónica de software

Sección

2004
División de Telecomunicaciones1506
Departamento de TI902
Lee:  Tipos de disyuntores y sus usos.

El perfil de carga se desarrolla apilando «rectángulos de energía» uno encima del otro. En este rectángulo de energía, la altura representación la carga (VA) es igual al ancho y tiempo de independencia (independencia) y la superficie del rectángulo representación energía de la carga total. Por ejemplo, la Sección Digital Cross-Link es un rectángulo con un ancho de 4 (horas) y una altura de 200 (VA). El perfil de carga se produce apilando primero los rectángulos más grandes.

Fig.1: Ejemplo de un perfil de carga

En el modo de 24 horas, se desarrollan rectángulos de energía con los períodos de tiempo en que se energiza una carga.

Paso 3: Calcular la carga de diseño y la demanda de energía

Diseño de carga

La carga de diseño es para la que todos los dispositivos del sistema deben estar clasificados, como fusibles, disyuntores, cables, inversores, rectificadores. La carga de diseño se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:

[{{S}_{des}}={{S}_{peak}}(1+{{k}_{cont}})(1+{{k}_{dm}})]

Dónde

${{S}_{des}}$, diseño cargando en VA

${{S}_{peak}}$, pico de carga en VA

${{k}_{cont}}$, factor de contingencia para el crecimiento de la carga (%)

${{k}_{dm}}$, margen de diseño (%)

El crecimiento futuro de la carga suele tenerse en cuenta en los cálculos, que suele oscilar entre el 5 % y el 20 % (normalmente entre el 5 y el 20 %). Se incluye un margen de diseño para cualquier inexactitud en la estimación de la carga. Generalmente, se recomienda un margen de diseño de 10% a 15%.

Un ejemplo

Supongamos que la potencia aparente máxima es de 640 VA. Suponiendo un crecimiento futuro del 10 % y un margen de diseño del 10 %, la carga de diseño total es:

Lee:  Disyuntor | Tipos | Operación | Rasgos

[{{S}_{des}}={{S}_{peak}}(1+{{k}_{cont}})(1+{{k}_{dm}})=640times (1+0.1)(1+0.1)=774.4VA]

Demanda de energía

El requisito de energía de diseño (VAh) se utiliza para inicializar los dispositivos de almacenamiento de energía. La energía de diseño total se puede calcular calculando el área bajo la curva del perfil de carga. El requerimiento total de energía de diseño se puede calcular usando la siguiente ecuación:

[{{E}_{de}}={{E}_{tle}}(1+{{k}_{cont}})(1+{{k}_{dm}})]

Dónde

${{E}_{de}}$, energía total de diseño requerida (VAh)

${{E}_{tle}}$, energía de carga total (área bajo perfil de carga) en VAh

${{k}_{cont}}$, factor de contingencia para el crecimiento de la carga (%)

${{k}_{dm}}$, margen de diseño (%)

Ejemplo: De la Tabla 1 anterior, la energía de carga total es 2680 VAh. Suponiendo un crecimiento futuro del 10 % y un margen de diseño del 10 %, la energía de diseño total requerida es:

[{{E}_{de}}=2680times (1+0.1)(1+0.1)=3243VAh]

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