MEDICIÓN DE LA DEMANDA

MEDICIÓN DE LA DEMANDA

1. DEMANDA

La demanda en KW generalmente se define como la carga promedio en KW en un intervalo especificado. La figura 1 muestra una curva de potencia en KW, en cualquiera de los intervalos de tiempo mostrados, el área bajo la línea segmentada es exactamente igual al área bajo la curva de potencia. Ya que la energía es igual a la potencia por el tiempo, cualquiera de estas dos áreas representa la energía consumida en el intervalo. La demanda es entonces, la energía dividida por el intervalo de tiempo especificado. El intervalo de demanda en medidores electromecánicos es 15, 30 o 60 minutos. En el caso de medidores electrónicos, el intervalo puede ajustarse a voluntad, inclusive a un minuto.

Figura 1. Curvas de potencia y demanda

Área bajo la línea segmentada (energía)=área bajo la curva de potencia (Energía) Demanda para cada intervalo = energía en el intervalo/intervalo

La demanda se ha explicado en términos de KW y usualmente esta información es de gran utilidad. Sin embargo, puede también medirse en KVAR y KVA.

2. ¿POR QUÉ SE MIDE LA DEMANDA?

Dos tipos de gastos determinan el costo total de generación, transmisión y distribución de la electricidad: a) Costos de Inversiones de Capital

Depreciaciones, intereses, impuestos y otros gastos anuales en inversiones de capital, equipos de generación, transmisión y distribución. Se incluyen también terrenos y edificios.

b) Costos de operación y mantenimiento

Combustibles, lubricantes, repuestos, salarios, alquileres de edificios y otros ítems necesarios para el mantenimiento y administración de sistema eléctrico de potencia.

Demanda Demanda Demanda Demanda Demanda Demanda Curva de potencia Curva de demanda Int de demanda Int de demanda Int de demanda Int de demanda Int de demanda Int de demanda KW Tiempo

El siguiente ejemplo ilustra la influencia de ambos componentes, donde se consideran dos casos de instalaciones con características de operación diferentes.

Consumidor A. Consiste de una estación de bombeo, opera noche y día, consume 300.000 KWH/mes. Demanda media diaria D= 300000/(30x24)=417 KW

Consumidor B. Un fábrica que consume también 300000 KWH/mes, pero en 8 horas/día/mes. Demanda media diaria D= 300000/(30x8)= 1250 KW

Se concluye que el consumidor B requiere una potencia tres veces mayor, es decir, la capacidad de las líneas y demás instalaciones para alimentarlo serán tres veces mayor a la instalación de bombas. La tarifa del consumidor B estará definida por las inversiones de capital, para el consumidor A, contrariamente los costos de operación mantenimiento tendrán mayor influencia.

La demanda es, entonces, la capacidad de los equipos requeridos para suministrar electricidad a un determinado consumidor. Los KWH mensuales no son una indicación de los equipos que el Suministrador debe instalar para proveer una demanda particular de potencia máxima durante el mes sin sobrecargar sus instalaciones. Lo que necesita la empresa suministradora, es una medida de la demanda máxima de potencia durante el mes. El medidor de demanda satisface esta necesidad.

Usualmente los consumos de instalaciones desde potencias medias se determinen considerando cargos por energía y demanda. El consumo por energía se determina con un medidor de KWH y el consumo por potencia con un medidor de demanda.

3. TIPOS DE MEDIDORES DE DEMANDA

Entre los medidores electromecánicos de demanda existen dos tipos: integradores y térmicos. El medidor de demanda electrónico se estudiará posteriormente.

a) Medidor de demanda tipo integrador

Estos medidores de demanda registran la potencia media en intervalos de tiempo definidos. Por ejemplo, para un intervalo de 15 min. , Si el medidor es puesto en operación a la las 2:15 p.m. de un cierto día, el primer intervalo será de 2:15 a 2:30 p.m., el siguiente de 2:30 a 2:45, y así sucesivamente.

El medidor de demanda es accionado por un medidor de KWH formando una unidad de KWH-KW. El medidor de demanda gira un ángulo proporcional a los KWH del intervalo. Un mecanismo de tiempo vuelve a cero el registrador de demanda al final de cada intervalo. La demanda es igual a la energía consumida durante el intervalo dividida entre el tiempo que, como ya se dijo, es constante.

b) Medidor de demanda tipo térmico

El medidor de demanda tipo térmico se mueve de acuerdo a la elevación de temperatura producida en los elementos del medidor cuando por ellos circula la corriente. A diferencia del medidor de demanda tipo integrador, el medidor de demanda tipo térmico responde a los cambios de carga de acuerdo a las leyes de calentamiento y enfriamiento como lo hace cualquier equipo eléctrico. El intervalo de demanda se define como el tiempo requerido por los elementos sensores de temperatura para alcanzar 90% de respuesta cuando se aplica una carga estable. El medidor de demanda tipo térmico es esencialmente un vatímetro diseñado para responder mas lentamente que un vatímetro normal. Una diferencia importante entre los dos métodos de medición de demanda es el intervalo de demanda. El tipo integrador un intervalo de demanda sigue a otro con regularidad. El tipo térmico mide la potencia media con un intervalo de tiempo y una curva de respuesta que se basa en el efecto calefactor de la carga en vez del número de vueltas del disco durante un intervalo medido mecánicamente.

El medidor de KWH demanda tipo puntero es el mas simple, ampliamente usado en la medición de energía de pequeños consumidores. Indica solamente la demanda máxima demanda de cada mes o periodos entre reposiciones. Consta de:

a) Un puntero impulsor que partiendo de cero de la escala avanza un ángulo proporcional a los KW de demanda, después vuelve automáticamente a cero para comenzar nuevamente su movimiento en el siguientes intervalo, repitiendo esta operación tantas veces como fueran los intervalos durante el tiempo que estuviera instalado

b) Un puntero de demanda máxima que es empujado por el puntero impulsor si la demanda del intervalo es mayor que las demandas previas. Es posible así conocer la mayor demanda ocurrida en el mes, al final del cual es retrocedido manualmente al cero de la escala por el lecturador, después de anotar el valor indicado en la escala. Esta operación es repetida por el lecturador cada 30 días.

5. CONTRASTACIÒN DEL MEDIDOR DE KWH -DEMANDA MECANICO

El medidor de KWH demanda es un medidor de energía trifásico con la incorporación de un accesorio mecánico para el registro de demanda. La contratación se realiza en dos etapas:

a) Contrastación del medidor de energía

El procedimiento es el indicado para el medidor de energía trifásica.

b) Para contrastar el medidor de demanda tipo puntero, de intervalo de demanda 15 min, con un patrón monofásico. Se colocan, al igual que en un medidor trifásico, todas las bobinas de corriente en serie y en paralelo todas las bobinas de potencial. Con el medidor a carga nominal y factor de potencia unitario se espera que el puntero impulsor retroceda a cero, ocurrido esto, se desconecta la carga y se lleva a cero manualmente el puntero de demanda. Se conecta la carga se controla el tiempo y se espera que el puntero impulsor retorne a cero, en este momento se desconecta nuevamente el conjunto y se detiene el cronómetro que debe indicar un tiempo de 15 min ±6 segundos.

Si la constante de disco del patrón de Ks y efectuó Ns vueltas en 15 min, la potencia media será

)

W

(

4

/

1

N

K

P

=

Si K es la constante propia del medidor, “n” bobinas de corriente en serie y si D es la indicación del demandímetro (se admite que no tiene error), se tiene,

nP

KD

=

sustituyendo P, la demanda en vatios será

)

W

(

K

n

N

K

4

D

=

Si el demandímetro esta afectado por un error y D’ es su indicación, el valor del error esta dado por

100

D

D

'

D

%

=

−

ε

Si ε>0 el medidor esta adelantado y mide un valor mayor que el verdadero, si ε<0 esta atrasado y mide un valor menor que el verdadero.

El medidor de KWH demanda puede también usarse para medir la demanda en KVAR alimentando el circuito de potencial con un autotransformador desfasador utilizado en la medición de energía reactiva. Para medir la demanda en KVA se puede desplazar el voltaje, utilizando un ATD, un ángulo correspondiente al factor de potencia de la carga de modo que la corriente este en fase con el voltaje. Así el factor de potencia en el medidor es uno y el medidor de KWH - demanda registrará KVAH-KVA. Las indicaciones serán KVAH-KVA solamente a un factor de potencia asumido. Sin embargo, conectando el medidor a un determinado tap del ATD, la exactitud será satisfactoria para la mayoría de todas de las medidas comerciales sobre un apreciable rango del factor de potencia. Una periódica medición del factor de potencia debe realizase para verificar si está aun dentro de los taps para el cual el medidor fue calibrado. Calibrando el medidor de KWH 1% en adelanto se asegura que el error no superará ±1%. Sobre esta base, los rango de de F.P. permitidos para factores de potencia principales se muestran en la tabla 1.

TABLA Nº1. RANGO DE MEDIDAS DE DEMANDA EN KVA

F.P. PRINCIPAL RANGO DE F.P. F.P. PRINCIPAL RANGO DE F.P.

0,98 0,92 9,87 0.82 1,00-0,98 0,98-0,82 0,95-0,75 0,92-0,69 0,80 0,73 0,71 0,50 0,99-0,66 0,85-0,58 0,83-0,55 0,66-0,32

Si el F.P. es 1 los KW y KVA son iguales. Variando el ángulo de fase 8º, en adelanto o retraso, el factor de potencia cambia cuanto mucho 1%. Si la desviación es 11.5º, en adelanto o retraso, el F.P. cambia más de 2%.

Si el F.P. inicial es 0.707, cambiando la fase de corriente de 45 a 56º (11º de desvió), el F.P. varía de 0.707 a 0.56, esto es, un cambio de 15%. Si ahora se usa un ATD, que permita retrasar el voltaje 45º, y la fase de la corriente cambia de 45º a 56º, se produce un cambio de 2% en el F.P. El medidor registrará dentro de un margen de 2% cuando el ángulo de la carga cambie de 34º a 56º. Ajustando el medidor 1% adelantado registrará dentro el margen de ±1% sobre un rango de ±11.5º del ángulo de fase asumido (rango total 23º).

Como ejemplo, en la figura 2 se observa el ATD en estrella alimentando el circuito de potencial del medidor de KWH-demanda, para medir KVAH-KVA,

Ejemplo: Use el medidor de energía-demanda de 3 elementos, en un circuito trifásico de 4 hilos para medir KVAH-KVA si el ángulo de fase principal es 30º.

Sea el ATD en estrella Medidor de energía

Energía total solicitada

W

=

V

I

+

V

I

+

V

I

KVAH

Indicaciones (Ver diagrama vectorial de figura 2) Elemento 1 . 1 1 1 65 1 65 1

V

I

cos(

V

,

I

)

V

I

W

=

=

V

I

cos(

V

,

I

)

V

I

W

=

=

V

I

cos(

V

,

I

)

V

I

W

=

=

Indicación total

W

=

W

+

W

+

W

=

V

I

+

V

I

+

V

I

KVAH

W

W

=

∴

Es posible demostrar que los módulos de los voltajes aplicados a las bobinas de potencial del medidor son iguales al voltaje fase-neutro1

Medidor de demanda

En este caso, la energía total indicada es dividida entre el intervalo de demanda de medidor y, la indicación del demandímetro es

KVA

I

V

I

V

I

V

D

=

+

+

El medidor mide la energía y la demanda totales. En caso de usarse transformadores de medida, las indicaciones totales deben multiplicarse por las relaciones de transformación de los TM’s.

Figura 2. Medición de energía y demanda totales

1 _{El ATD en estrella se ha usado en al medición de energía reactiva} V46 V 40 V60 V 50 1 3 2 - V40

V

ANEXO

Se incluyen definiciones y reglamentaciones relativas al capitulo, extraídas de la resolución SSDE 162/2001 NORMAS PARA LA APLICACIÓN DE TARIFAS DE DISTRIBUCIÓN, de la ex Superintendencia de Electricidad: