CAPTULO II

MARCO TERICOEn este captulo se muestra la plataforma de conocimientos y teoras cientficas en la que se apoya la investigacin. Est conformado por: la descripcin de la empresa, los antecedentes de la investigacin, las bases tericas, la definicin de trminos bsicos, la operacionalizacin de las variables y el cuadro de variables.2.1. Descripcin de la Empresa

CORPOELEC (Corporacin Elctrica Nacional) es una Sociedad Annima Gubernamental encargada del sector elctrico de la Repblica Bolivariana de Venezuela. Forma parte del Ministerio del Poder Popular de la Energa Elctrica. Originalmente estaba dividida en empresas regionales unificadas, posteriormente, a partir de la entrada en vigencia del Decreto-Ley N5.330.

Esta corporacin fue creada por el Ejecutivo Nacional, el 31 de julio de 2007, en el marco de la reorganizacin del sector elctrico nacional, con la finalidad de mejorar la calidad del servicio en todo el pas, maximizar la eficiencia en el uso de las fuentes primarias de produccin de energa, la operacin del sistema y redistribuir las cargas y funciones de las actuales operadoras del sector.

El Parque de Generacin de CORPOELEC asciende a unos 24.000 MW de capacidad instalada, de los cuales el 62%, se encuentran conformado por complejos hidroelctricos situados en la regin de Guayana. El otro 35% de la generacin de electricidad lo proporcionan plantas termoelctricas y casi un 3% est formado por generacin distribuida conformado por grupos electrgenos.

El Proceso de Transmisin de CORPOELEC posee un total de 18.000 kms en lneas extendidas de red elctrica de 400, 230 y 115 KV., 180 Subestaciones y una capacidad de transformacin mayor a los 24.000 MVA.

El Proceso de Distribucin de la Energa Elctrica generada y transmitida por CORPOELEC es posible a que posee 572 subestaciones con una capacidad de transformacin de 9.200 MVA y una red de distribucin de 88.000 kms de longitud.

En el Proceso de Comercializacin, CORPOELEC ofrece a sus usuarios diferentes formas de atencin tales como Oficinas Comerciales, Atencin Telefnica y Oficinas Virtuales, con el fin de ofrecer comodidad y bienestar a sus usuarios.

La estructura de la empresa actualmente se basa en las siguientes reas organizativas: Asuntos Jurdicos, Proteccin Integral, Relaciones Institucionales, Finanzas y Servicios, Telecomunicaciones y Tecnologas de Informacin, Comercial, Generacin, Operacin, Ingeniera y Desarrollo de Transmisin, Transmisin y Distribucin.

CORPOELEC tiene como objetivos fundamentales prestar un servicio econmico con calidad, incluyente y en armona con el medio ambiente; incrementar ventas, cobranzas y promover el uso eficiente de la energa; lograr el equilibrio econmico; satisfacer las necesidades y expectativas de los usuarios y comunidad; mantener un personal competente comprometido con la Corporacin Elctrica y con el bienestar del Pueblo.Filosofa de gestin de CORPOELEC

Visin

Ser una Corporacin con tica y carcter socialista, modelo en la prestacin de servicio pblico, garante del suministro de energa elctrica con eficiencia, confiabilidad y sostenibilidad financiera. Con un talento humano capacitado, que promueve la participacin de las comunidades organizadas en la gestin de la Corporacin, en concordancia con las polticas del Estado para apalancar el desarrollo y el progreso del pas, asegurando con ello calidad de vida para todo el pueblo venezolano.

Misin

Desarrollar, proporcionar y garantizar un servicio elctrico de calidad, eficiente, confiable, con sentido social y sostenibilidad en todo el territorio nacional, a travs de la utilizacin de tecnologa de vanguardia en la ejecucin de los procesos de generacin, transmisin, distribucin y comercializacin del sistema elctrico nacional, integrando a la comunidad organizada, proveedores y trabajadores calificados, motivados y comprometidos con valores ticos socialistas, para contribuir con el desarrollo poltico, social y econmico del pas.

1. Valores corporativos1. tica Socialista1. Responsabilidad1. Compromiso1. Respeto1. Honestidad1. EficienciaEstructura organizativa

En la figura 2.1 se aprecia la estructura organizativa del Departamento de Medicin Directa de la Gerencia Operativa Comercial de CORPOELEC. Figura 2.1. Estructura Organizativa del Departamento de Medicin Directa de la Gerencia Operativa Comercial (CORPOELEC, 2015).2.2 Antecedentes

Monsalvo y Villalba (2012), realizaron su trabajo especial de grado titulado EVALUACIN DEL USO EFICIENTE DE LA ENERGA ELCTRICA EN EL SECTOR SUPERMERCADO EN LOS MUNICIPIOS MARACAIBO-SAN FRANCISCO DEL EDO. ZULIA. La Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniera. Escuela de Elctrica. Zulia, Maracaibo. El estado Zulia es uno de los principales consumidores de energa elctrica en Latino Amrica, la tendencia al incremento de la demanda elctrica en horas picos que ha ocasionado una desestabilizacin del sistema elctrico en el pas, por tal motivo el personal del rea Ingeniera de Eficiencia Energtica, adscrito a la Gerencia de Uso Racional y Eficiente de la Energa (UREE) de la empresa CORPOELEC Zulia, propuso realizar una evaluacin energtica al sector Supermercado pertenecientes a los municipios Maracaibo y San Francisco, con el objeto de caracterizar y valorar el consumo de la energa elctrica en el sector. Fue necesario delimitar la categora Supermercado y se obtuvo una poblacin de 48 establecimientos, posteriormente se seleccion estadsticamente una muestra constituida por 5 de ellos, en los cuales se efectuaron estudios de carga y una valoracin de la eficiencia de los sistemas elctricos. Los resultados permiti verificar que el uso de la energa en el sector est seccionado principalmente en 3 sistemas: climatizacin, refrigeracin e iluminacin; se observ un pico sostenido en el consumo entre las 7:00 - 19:00 horas. Como producto de esta investigacin se estableci un ndice energtico que permite obtener un patrn de comparacin entre establecimientos a travs del consumo de energa mensual en funcin de la superficie de venta. Finalmente, se especificaron un conjunto de recomendaciones para mejorar la eficiencia energtica en los supermercados evaluados.

Dicho estudio present la distribucin del uso de la energa elctrica en los centros comerciales, mostr un consumo de energa elctrica del 87% solo en iluminacin y aire acondicionado, asimismo detall que la distribucin de energa elctrica en el sector supermercado se concentra en refrigeracin, iluminacin y aire acondicionado presentando un 73% del consumo. Se realiz medidas para la eficiencia energtica en el uso de energa, adems determin que el ndice de consumo especfico de energa elctrica ms adecuado es Energa elctrica consumida por m2 de reas de sala de ventas, dada la diversidad de tamao e instalacin de los supermercados y centros comerciales. El estudio mostrado constituye una contribucin a la presente investigacin con respecto al consumo especfico de energa, es decir sirvi para la determinacin del ndice de consumo energtico por medio con la superficie del establecimiento comercial, Energa elctrica consumida por m2 de reas de sala de ventas, (kWh/m2) y tomando como un factor primordial en el estudio correspondiente al rea de los municipios Maracaibo y San Francisco del estado Zulia.

Llano (2012) realiz su tesis para optar al ttulo de magster en ciencias mencin ingeniera elctrica titulado Mtodo para la Generacin de Perfiles de Demanda en Comunidades Aisladas y Prediccin de Demanda de Corto Plazo, para Micro--redes Basadas en Energas Renovables. En la Universidad de Chile, Escuela de Ingeniera Elctrica. Trabajo Especial de Grado. Santiago de Chile. Chile.

El incremento del abastecimiento energtico en comunidades aisladas empleando fuentes renovables, ha impulsado el estudio de la demanda elctrica en estas zonas. Como etapa inicial de este tipo de proyectos se requieren perfiles de demanda elctrica futuros que reflejen el comportamiento de los usuarios al disponer de energa ininterrumpida. Estos perfiles permiten adems dimensionar las unidades de generacin. Una herramienta importante en micro-redes elctricas basadas en energas renovables es el sistema de gestin de la energa (EMS) que proporciona consignas ptimas a las unidades de generacin, basadas en: predictor de recursos de energa, y predictor de demanda elctrica. Esta tesis se enfoca n el desarrollo de un mtodo que permita obtener perfiles de demanda diarios para comunidades aisladas que no cuentan con energa elctrica, o que disponen de suministro elctrico en horarios limitados. La propuesta es un mtodo que incorpora un modelo que procesa entradas como: el nmero de habitantes, nmero de casas, nmero de escuelas, encuestas individuales por cada casa y nmero de luminarias del alumbrado pblico, obteniendo al final la demanda elctrica total de la comunidad, y la demanda total considerando das festivos. Esta propuesta incorpora: mdulo de entradas, mdulo clasificador en base a mapas auto-organizados de Kohonen (SOM), mdulo de bsqueda heurstica, base de datos y mdulos de generacin de perfiles ms especficos como por ejemplo de escuelas, y alumbrado pblico.

Adems en este trabajo de tesis, para la prediccin del consumo elctrico a corto plazo, se usa redes neuronales artificiales, por su capacidad en el tratamiento de las no linealidades. Requiere como entrada la demanda de un da pasado obteniendo a su salida la prediccin de la demanda elctrica en un horizonte de dos das. Utiliza entrenamiento en lnea, permitiendo que el modelo vaya cambiando los parmetros neuronales en funcin del incremento de mediciones de la demanda elctrica disponible en lnea, para el entrenamiento. Para validar ambas propuestas se considera una micro-red ubicada en Huataconto, proyecto ESUSCON, que dispona de energa desde las 14:00 hasta 00:00. Se obtuvo un perfil diario de demanda de la comunidad, y se verific que el perfil generado por el mtodo en base a SOM se aproxima al perfil de demanda diario cuando se dispone de suministro ininterrumpido. El modelo neuronal de prediccin de la demanda elctrica propuesto e implementado, utiliza mediciones reales, obteniendo errores MAPE del 13%, y superando a modelos lineales tradicionales. Este modelo de estimacin actualmente es usado en el sistema de gestin de energa EMS en la micro-red de Huatacondo. Como trabajo futuro se plantea trabajar en predictores de demanda que consideren sistemas de gestin de demanda, utilizando seales indicadoras del comportamiento del uso de la energa por parte de los usuarios aplicada a la micro-red Huatacondo.

Quintero (2012) realiz su trabajo especial de grado titulado ESTIMACIN DE LA DEMANDA PARA LA LOCALIZACIN DE PRDIDAS NO-TCNICAS POR PUNTO DE TRANSFORMACIN. Universidad Simn Bolvar. Coordinacin de postgrado en tecnologa e ingeniera elctrica especializacin en distribucin de energa elctrica. Caracas, Venezuela.

Estudios convencionales para la deteccin de prdidas no-tcnicas en sistemas de distribucin de energa elctrica, se basan en hacer balances de energa por subestacin, circuito o punto de transformacin. Este ltimo es el ms til de los tres, ya que localiza las prdidas en reas geogrficas bien definidas, lo que permite disminuir esfuerzos y recursos en su deteccin con el propsito de establecer mecanismos de control. Sin embargo, este procedimiento tiene una desventaja, para lograr hacer balances por punto de transformacin es necesario medir cada equipo en campo, a fin de poder comparar la energa entregada con la energa facturada. En este caso, la red de distribucin de La Electricidad de Caracas posee ms de 28.000 puntos de transformacin, por lo que resultara engorroso, tcnica y econmicamente, realizar mediciones peridicas en cada uno de ellos. Este trabajo est orientado al desarrollo de una metodologa de clculo para la estimacin de la demanda de cada transformador, a fin de identificar dnde se encuentra concentrada la mayor incidencia de prdidas no-tcnicas en sistemas de distribucin radiales. La estimacin depender de una medicin principal, de las curvas de carga caractersticas y de la energa facturada por tipo de suscriptor (residencial, no residencial baja tensin, no residencial media tensin y no residencial alta tensin). Para ejemplificar la metodologa propuesta se emple un circuito de distribucin real en 12,47 kV con 20 puntos de transformacin. Por ltimo se plantean otras aplicaciones importantes en las reas de operaciones, mantenimiento y planificacin.

2.3 Bases Tericas

2.3.1 Sistema Elctrico de Distribucin:

Un Sistema de Distribucin de potencia, como su nombre lo indica, es el medio para distribuir la energa elctrica desde los bloques de suministro hasta los puntos de utilizacin. Pueden variar desde una simple lnea que conecte un generador con un solo consumidor, hasta una red automtica que alimente la zona ms importante de la ciudad. ESPINOSA (1990).

La Subtransmisin rene caractersticas de Transmisin y Distribucin, pues como la primera, mueve cantidades relativamente grandes de potencia elctrica de un punto a otro, y como la segunda, proporciona cobertura de zona. Los niveles de tensin de Subtransmisin van de 12 hasta 245 kV, pero en la actualidad son ms comunes los niveles de 69, 115 y 138 kV. El uso de tensiones ms elevadas est aumentando con rapidez, a medida que crece la aplicacin de tensiones de Distribucin primaria ms altas (por ejemplo, 25 y 34.5 kV). BEATY H y FINK. D (1997).

La Historia de los sistemas de servicio elctrico ha mostrado que la tensin que en principio fue de Transmisin paso a ser de Subtransmisin, de la misma manera que la tensin de Subtransmisin evolucion para convertirse en el nivel actual de Distribucin primaria.

La Carga, segn la definicin clsica en el contexto de Distribucin, es la parte del sistema que convierte la energa elctrica a otra forma de energa, como por ejemplo un motor elctrico, el cual convierte la energa elctrica en energa mecnica. No obstante, debe quedar claro que este concepto involucra a todos los artefactos que requieren de energa elctrica para trabajar. Un alimentador de Distribucin radial se caracteriza por tener una sola ruta para el flujo de potencia entre la fuente (subestacin de Distribucin) y cada cliente. El principal inconveniente del sistema radial es su exposicin a largas interrupciones debidas a fallas de las componentes y la necesidad de interrupciones planeadas repetidas para mantenimiento rutinario o para realizar nuevas construcciones.

Ms confiable que el arreglo radial, este tipo de alimentador cuenta con un mnimo de dos trayectorias para el flujo de potencia entre la fuente y cada cliente. Su empleo es necesario en la construccin de redes en baja tensin.

2.3.2 Transformadores de potencia

Para Abur y otros (2002) son elementos fundamentales en las redes elctricas, estos se utilizan para elevar, reducir o regular los niveles de tensiones en la red.

2.3.2.1 Transformador monofsico.

Abur y otros (2002) Un transformador monofsico de potencia est constituido bsicamente por dos devanados arrollados sobre un ncleo de material ferromagntico. (p. 105)

2.3.3 Distribucin a bajo voltaje

Wildi (2007, pp 751-756) En el extremo del consumidor de los alimentadores de mediano voltaje que salen de la subestacin, el voltaje es reducido por transformadores a los voltajes mucho ms bajos requeridos por los usuarios. En esta red suburbana tpica hay dos sistemas de bajo voltaje:

Monofsico, de 120/240 V con neutro conectado a tierra.

Trifsico, de 600/347 V con neutro conectado a tierra.

El primer sistema se utiliza principalmente en casa habitacin individuales y para potencia monofsica de 150kVA. El segundo se utiliza en industria, grandes edificios y centros comerciales donde el requerimiento de potencia es menor a 2000 kVA.

Para servicios monofsicos, los transformadores normalmente son entre 10 kVA y 167 kVA y estn montados en postes. La capacidad de voltaje es tpicamente de 14400 V/240-120 V. Los transformadores poseen un borne aislante nico conectado a un lado del devanado de AT. El otro lado del devanado est conectado a la caja de acero que a su vez est conectado al conductor neutro y tambin a tierra.

En el caso de instalaciones trifsicas, se utilizan 3 transformadores monofsicos de 14400 V/347 V las unidades estn conectadas en Y-Y y el neutro del lado del primario est firmemente conectado a tierra.

El lado del secundario proporciona un voltaje de lnea de 600 V y puede o no estar conectado a tierra. Este tipo de transformadores de distribucin estndar no tiene tomas y no se utilizan cortocircuitos o fusibles del lado del secundario. Sin embargo, el terminal de AT del primario est protegido para evitar daos excesivos del equipo en caso de una falla elctrica.

2.3.4 EL CONCEPTO DE DEMANDA.

En Sistemas Elctricos de Distribucin la demanda es la intensidad de corriente, o potencia elctrica, relativa a un intervalo de tiempo especfico, que exige la Carga del sistema para funcionar. Ese lapso se denomina intervalo de demanda, y su indicacin es obligatoria a efecto de interpretar un determinado valor de demanda. As, la demanda es una cantidad cuya medida depende del caso de estudio: amperios para la seleccin o reemplazo de conductores, fusibles, o de interruptores, ajuste de protecciones y balanceo de Carga; kilovatios para la planeacin del sistema, estudios de energa consumida, energa no vendida, y energa prdida; kilovoltamperios para la seleccin de la capacidad de transformadores y alivio de Carga. Para estudios de compensacin reactiva puede convenir el registro de la demanda en kilovares. Los intervalos de demanda, son tpicamente de 15, 30 o 60 minutos. Los lapsos de 15 o 30 minutos se aplican comnmente en facturacin, seleccin de la capacidad de equipos, estudios de balanceo y transferencia de Carga. El intervalo de 60 minutos, permite construir Perfiles de Carga Diarios para el anlisis de consumo de energa, determinar el rendimiento de dispositivos, y tambin para elaborar un completo plan de expansin del Sistema Elctrico de Distribucin. No obstante, la seleccin de fusibles y el ajuste de protecciones puede exigir la medicin de demandas instantneas. La relevancia de la relacin entre la magnitud de la demanda y el intervalo de medicin correspondiente, puede entenderse mejor examinando la siguiente figura

Figura 2.2. Representacin grfica de una Curva de Demanda Diaria hipottica, con acercamiento al entorno del valor de demanda mxima.

Aqu, la curva que representa el comportamiento de esta demanda hipottica durante todo el da tiene una forma continua, y est asociada a un grupo de Cargas. En este sentido el valor de demanda mxima ocurre poco despus de la hora 18, pero antes de las 18:15. Si se hubiera dispuesto un instrumento con intervalos de medicin de 15 minutos, se registrara como mximo el 97% del valor real, a las 18:15. Por otra parte, en el caso que el instrumento midiera cada 30 minutos, el mximo registrado sera el 90% del valor real, a las 18:30. Finalmente, si el intervalo de medicin hubiera sido de 1 hora, el valor registrado sera el 87% del mximo real, a las 18 horas.

La sucesin de valores de demanda como funcin del tiempo se denomina Curva de Carga, y su representacin grfica, Perfil de Carga; cuando tal sucesin corresponde a un da entero se tendrn, respectivamente, una Curva de Demanda Diaria (CDD) y un Perfil de Demanda Diaria (PDD) como el de la Figura 2.2. Cabe destacar que el Perfil de la Curva de Carga depende del procedimiento de medicin. La frecuencia y el mtodo de muestreo pueden tener un impacto significativo. Con este fin existen dos formas bsicas de muestreo en la medicin: discreto si el registro es de Carga instantnea, o por integracin si se registra la energa usada durante cada intervalo. En el caso discutido previamente, el mtodo de muestreo que usa el instrumento hipottico es de tipo discreto puesto que el censo se realiza al final del intervalo propuesto en cada caso. Esto comnmente conduce a un muestreo errtico de datos que tergiversa dramticamente el comportamiento de la Carga. Por contraste, la mayora de los equipos miden la energa usada durante cada intervalo, esto es, haciendo un muestreo por integracin. Una Curva de Carga resultante de un muestreo discreto difcilmente es representativa de un comportamiento individual o, l de un pequeo grupo. Sin embargo, segn WILLIS (1996), el problema sobre el mtodo de muestreo no es tan serio cuando la Carga que est siendo medida es la de un alimentador o subestacin. Note que el rea bajo un perfil continuo, corresponde a la energa total consumida por la Carga ese da. En adelante y con el propsito de no hacer engorrosa la exposicin, la informacin de demanda dada en forma tabular o discreta corresponder a una asignacin resultado de un muestreo por integracin, donde el par tiempo - demanda en la tabla, por ejemplo (t,d), indica que la demanda promedio es d durante el intervalo que finaliza en t.

En consecuencia, el rea bajo la curva escalonada correspondiente ser efectivamente, la energa consumida durante el da en consideracin. La mayora de las Compaas de Electricidad distinguen el comportamiento de la demanda sobre una base de clases, caracterizando cada clase con un PDD tpico, el cual representa el patrn de uso esperado o promedio de la Carga para un cliente de esa clase el da de la demanda mxima del sistema, esto es, el da pico. Tales perfiles describen los aspectos ms importantes desde el punto de vista del planificador de Distribucin: la magnitud de la demanda mxima o pico de carga por cliente, la duracin del pico, y la energa total consumida. Para propsitos de planeacin, es una prctica comn suponer que el comportamiento de un perfil tpico es cclico.

Con al menos dos Cargas diferenciadas, se define la Demanda Diversificada (Ddv) en un intervalo dado a la suma de las demandas individuales en ese intervalo, dividida por el nmero de Cargas del conjunto.

2.3.5 DECLARACIN DE LA DEMANDA MXIMA

La Demanda Mxima (Dm), es la mayor de las demandas de una instalacin o sistema ocurridas durante un perodo de estudio especificado. La declaracin de demanda mxima debe indicar tambin el intervalo de demanda usado. El valor de ms inters para planeacin es el pico de carga anual, la mxima demanda vista durante el ao. Este pico es importante porque seala la mxima potencia que debe ser entregada, y por tanto define las necesidades de capacidad para los equipos.

Por otra parte la declaracin de demanda mxima es relativa al caso de estudio. Cuando se refiere a un sistema que agrupa cierto nmero de Cargas, se define como demanda mxima no coincidente (Dmnc) a la suma de los valores de demanda mxima de cada una de las Cargas que forman el conjunto sin tomar en consideracin su simultaneidad en el tiempo; por contraste, la demanda mxima resultado de una contribucin simultnea de todas las Cargas se denomina demanda mxima coincidente (Dmc). En general estos valores de demanda de grupo son diferentes, a menos claro, que las demandas mximas individuales sean simultneas en el tiempo. Algebraicamente, si se define la curva de demanda como el vector

Donde:

j designa el orden de medicin y debe corresponder a un mismo intervalo de demanda para todas las cargas del grupo; m es el nmero total de mediciones; dij es el valor de la j-sima medicin realizada a la Carga i de las n que forman el grupo; es el vector unitario cuya nica componente no nula es la de la posicin j.

De este modo:

entonces:

donde Dmi=max(Di), y Dmc=max(D).

En consecuencia, la demanda mxima diversificada est dada por:

La diferencia entre Dmnc y Dmc se denomina Diversidad de Carga, DC, y mide el error absoluto cometido en un diseo para el cual Dmnc es la premisa. DC=Dmnc-Dmc

2.3.6 FACTORES DE CARACTERIZACIN DE LA DIVERSIDAD.

Considere cien casas servidas desde el mismo segmento de un alimentador de Distribucin. Suponga que cada residencia tiene un PDD picado, errtico, cada uno ligeramente diferente debido a los distintos artefactos, horarios y preferencias de uso. Cuando se superponen dos o ms de estos perfiles, la resultante es otro con menos hendiduras; cuantos ms perfiles se superpongan, se obtendr una apariencia cada vez ms suave como puede observarse en la Figura 2.2.

Figura 2.3. PDDs para grupos de dos, cinco, veinte y cien residencias en un rea suburbana de gran extensin. La escala vertical es la misma en todos los casos; note que mide la demanda diversificada. El pico de carga se reduce en la medida que el nmero de clientes aumenta. Willis, H. (1996).

El pico de carga por cliente, o demanda mxima diversificada, cae a medida que agregan nuevos clientes al grupo. Cada residencia tiene un breve, pero pronunciado pico que rara vez es coincidente con otro dentro del mismo grupo, especialmente si es numeroso. En fin, el pico del grupo ocurre cuando de la combinacin de las Curvas de Carga individuales se obtiene un mximo que es sustancialmente menor que la suma de los picos individuales como puede verse en la Figura 2.3. Esta tendencia de la demanda mxima diversificada de caer a medida que aumenta el nmero de clientes est determinada por la coincidencia entre las residencias; a menor coincidencia corresponde mayor diversidad.

2.3.7. El Transformador

El transformador es un dispositivo elctrico, sin partes en movimiento, que emplea el principio de induccin de Faraday para cambiar un voltaje de corriente alterna de un nivel a otro. La corriente alterna produce una variacin en el flujo magntico modificando as el nmero de lneas magnticas que enlazan una bobina que se encuentre dentro de la regin afectada por el campo magntico variable. En los transformadores se requiere del acoplamiento inductivo de dos bobinas de manera que ambas estn enlazadas por un mismo flujo magntico y por lo tanto constituyan un mismo circuito magntico.

Un transformador est constituido principalmente por:

1. Dos series de bobinas que se arrollan sobre el mismo ncleo. El primario que es el arrollamiento que recibe la energa activa o del sistema de alimentacin y el secundario, que la suministra o entrega la potencia al circuito de carga. El arrollamiento con mayor tensin recibe el nombre de devanado de alta tensin (AT); el de menor tensin es el devanado de baja tensin (BT).2. El ncleo que forma un circuito magntico cerrado por donde se establece el flujo de induccin. Con el fin de disminuir las corrientes parsitas los ncleos estn constituidos por chapas ferromagnticas elctricamente aisladas. Entre chapas debe haber aislamiento elctrico lo que se consigue de diferentes formas: con una capa de barniz aplicado a una de sus caras, con una hoja de papel muy delgada encalado sobre una cara de la chapa, o para un material ms econmico, produciendo una oxidacin superficial con vapor de agua.3. Medios de refrigerantes: Las prdidas en los arrollados, en el ncleo y en otros elementos originan calentamiento en el transformador, lo cual debe evitarse pues disminuye su vida til. Los principales medios refrigerantes que se utilizan son el aire y el aceite mineral.2.3.8. CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE UN TRANSFORMADOR2.3.8.1. Circuito equivalente del transformador

Los transformadores reales constan bsicamente de dos bobinas fsicamente arrollados alrededor de un ncleo ferromagntico. En la figura 2.4 se muestra la forma fsica bsica de un transformador real.

Figura 2.4. Forma bsica de un transformador real Fuente: Richardson

El devanado primario consiste de un nmero de vueltas de conductores aislados alrededor de un ncleo de hierro. El devanado secundario consiste igualmente de un nmero de vueltas alrededor del mismo ncleo de hierro. El devanado primario est conectado a la fuente de energa y el secundario a la carga. En un transformador de distribucin de dos devanados, el primario tiene un voltaje superior al secundario. El devanado primario desarrolla un flujo m en el hierro el cual tambin enlaza al devanado secundario. La variacin del flujo debido a los cambios sinusoidales del voltaje aplicado en el devanado primario induce un voltaje en el devanado secundario que es directamente proporcional al cociente de las vueltas en los devanados primario y secundario. La conexin a la carga del devanado secundario es la causa de que fluya una corriente IS en el devanado secundario y una corriente IP en el devanado primario.

ZmXequivalenteRequivalenteFigura 2.4.1. Circuito equivalente de un transformador referido al lado primarioFuente: Los Autores

Los elementos en serie representados en el circuito equivalente mostrado en la figura 2.4.1. representan la resistencia de los devanados y la reactancia debida al flujo disperso (Zequivalente = Requivalente + jXequivalente) mientras que la rama en paralelo, Zm, representa el efecto de la corriente requerida para magnetizar el ncleo y suplir las prdidas debidas a la histresis y las corrientes de Foucault. Para la mayora de las aplicaciones el modelo puede ser simplificado despreciando la rama paralela, permitiendo que el transformador sea representado por una impedancia en serie con un transformador ideal.

2.3.8.2. Impedancia del transformador

Generalmente, se asume la impedancia del transformador como la impedancia en serie y se desprecia la rama paralela. Por conveniencia, se expresa la impedancia como un porcentaje de impedancia base del transformador.

El porcentaje de impedancia del transformador est compuesto por el porcentaje de resistencia (%R) y por el porcentaje de reactancia (%X), donde estos valores se refieren al valor porcentual respecto a la impedancia base del transformador, de la resistencia de los devanados y la reactancia debida al flujo disperso.

La magnitud de la impedancia equivalente del transformador es el valor correspondiente a la hipotenusa del tringulo de impedancia compuesto por la resistencia equivalente de los devanados y la reactancia equivalente entre las reactancias debidas a los flujos dispersos tanto en el primario como en el secundario.

2.3.9. CLASIFICACIN DE TRANSFORMADORES

Segn su aplicacin: Los transformadores pueden estar destinados a transformar potencias de cierta consideracin, alimentados por tensin y frecuencias fijas (transformadores de potencia). Pueden usarse en circuitos de comunicacin previstos para trabajar con tensiones y frecuencias diversas (transformadores de comunicacin). Otra aplicacin consiste en facilitar la conexin adecuada de aparatos de medida o proteccin (transformadores de medida). Segn los sistemas de tensiones se clasifican en monofsicos, trifsicos, trifsicos-hexafsicos, trifsicos-dodecafsicos, trifsicos-monofsicos, etc. Segn aumente o disminuya la tensin se denomina transformadores elevador o transformador reductor. Segn el medio ambiente a ser instalados se denominan transformador para interior o tipo intemperie. De acuerdo con el medio refrigerante que requieran, en transformadores secos y sumergidos en lquidos aislantes: aceite mineral y Askarel. El compuesto molecular del Askarel es Bifenil Policlorado (PCB). Su uso fue restringido en los aos 70, pues se comprob que era peligroso para los seres vivientes y el ambiente. Segn puedan proporcionar permanente su potencia nominal con refrigeracin natural o no, se distinguen los transformadores con refrigeracin natural de los transformadores con refrigeracin forzada.

2.3.10. Transformador Monofsico de distribucin

Todos los transformadores cuya capacidad se encuentra entre 10 y 500 KVA, hasta 34.5 kV en alta tensin y hasta 15 kV en baja tensin son clasificados como transformadores de distribucin. Los transformadores con capacidades superiores a los 500 KVA se clasifican como transformadores de potencia. En esta seccin de este Trabajo Especial de Grado se trata particularmente de la aplicacin, estndares, diseo y construccin de los transformadores de distribucin, as como de guas de cargabilidad que son importantes en la resolucin de problemas prcticos.

Prcticamente todos los transformadores de distribucin son auto-refrigerados. La refrigeracin forzada no se usa para transformadores con capacidades como las empleadas en los sistemas de distribucin. 2.3.11. Componentes Fsicos del transformador de distribucin

En la figura 2.5. Se pueden observar algunos de los componentes fsicos del transformador de distribucin.

Aisladores de ATTapaVlvula de alivio de presinPlaca de caractersticasNcleoBobinasAisladores de BTCambiador de tomas de derivacinTanqueLuz indicadora de sobrecargaFigura 2.5. Componentes fsicos de un transformador de distribucin Fuente: Manual ENELDIS

2.3.11.2. Ncleo

Constituye la parte del circuito magntico que transfiere energa de un devanado a otro a travs de la conduccin del flujo activo y est sujeto por el herraje o bastidor. Existen dos tipos fundamentales de transformadores que son los de tipo ncleo en los cuales dos grupos de devanados abrazan un ncleo nico y los de tipo acorazado en los cuales el flujo atraviesa a un nico grupo de devanados y est compuesto al menos por dos componentes de circuitos magnticos en paralelo (ver figura 2.6).Figura 2.6. Tipos de ncleos

Figura No. 2.6.1. Tipo Ncleo Figura No. 2.6.2. Tipo Acorazado Fuente: Staff MIT

La eleccin del tipo de construccin del ncleo se ve influida por el costo de construccin y reparaciones, espacio, refrigeracin, aislamiento y robustez mecnica. El ncleo debe ser robusto debido a que por lo general sirve de estructura al transformador. En condiciones de cortocircuito el ncleo del transformador es sometido a esfuerzos electromagnticos enormes que son proporcionales al cuadrado de las intensidades de las corrientes que circulan por los devanados. Las intensidades de estas corrientes en condiciones de cortocircuito pueden llegar a ser de 10 a 25 veces la nominal y los esfuerzos electromagnticos de 100 a 625 veces los normales. Estas fuerzas son causa de la destruccin de muchos transformadores en servicio. Los ncleos se pueden hacer funcionar a inducciones magnticas alternas mximas de entre 1,5 y 1,7 Tesla.

En el pasado los ncleos de los transformadores tenan prdidas relativamente altas debido a que eran fabricados de lminas de aceros magnticos no orientados y bajos en silicio. Los ncleos modernos estn hechos con aceros que incorporan silicio (de aproximadamente 2 a 3 %) y pequeas porciones de otros elementos, son laminados en fro a laminaciones con espesores muy finos (0.014 pulgadas) y tienen un aislamiento entre lminas mejorado.

2.3.12. CAPACIDAD DE CARGA DE LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN

Segn la IEEE std. C57.91, los transformadores de distribucin tienen una capacidad nominal que, de acuerdo a los estndares, pueden soportar continuamente mientras que no se exceda una temperatura en los conductores de los devanados de 65 C (55 C en los ms viejos). Sin embargo, un transformador de distribucin en servicio, rara vez se carga de manera continua a su capacidad nominal, sino que a lo largo de su servicio se presentan ciclos de carga con picos de corta duracin. Los ciclos de carga, cuando se est empleando un transformador que est diseado para servir de manera continua a una carga determinada, pueden influir en el acortamiento indebido de la vida til del mismo.

2.3.6. Ciclos de carga

Los transformadores generalmente operan con un ciclo de carga que se repite cada 24 horas. Este ciclo de carga puede ser constante, como en el caso de un transformador que alimenta una carga sostenida, o puede tener una o ms crestas durante el perodo de 24 horas, como en el caso de un transformador de distribucin. El perfil de carga se describe por una serie de cargas constantes de corta duracin ( o 1 hora). Por lo general, existe un nico perodo en el ciclo de carga diario en el que la demanda se incrementa a un valor muy superior al alcanzado en cualquier otro, este valor pico no cambia sbitamente sino que crece y decrece gradualmente. Se puede observar un ciclo de carga tpico en la figura 2.7.

Horas del ciclo de carga diario Figura 2.7. Ciclo de carga tpicoFuente: PROLEC

2.4. Definicin de trminos bsicos

BIL: Es el nivel de aislamiento contra voltajes impulsivos bsicos. El BIL de un dispositivo casi siempre es varias veces ms alto que su voltaje AC de operacin nominal. Wildi (2007)

Capacidad de transformador: es el producto del voltaje nominal por la corriente nominal en el devanado primario o en el secundario. Sin embargo el resultado no se expresa en vatios porque el ngulo de fase entre el voltaje y la corriente puede tener cualquier valor segn la naturaleza de la carga en consecuencia la capacidad de manejo de la potencia de un transformador se expresa en voltsamperes (VA), en kilovoltamperes (KVA) o megavoltampere (MVA), segn el tamao del transformador. Wildi (2007)

Carga: Es la cantidad elctrica fundamental se hace referencia a los elementos que disipan energa. Rizzoni (2002)

Confiabilidad: Se refiere a un ndice de confianza que debe tener una instalacin y que est relacionado con el diseo, la construccin, operacin y mantenimiento de los equipos y de la instalacin en su conjunto. Enrquez (2010)

Corriente: Se define como la tasa de cambio con respecto al tiempo de la carga que pasa a travs de un rea predeterminada. Tpicamente, esta rea es la seccin transversal de un alambre metlico. Rizzoni (2002)

Demanda: es la potencia total consumida por los clientes de una compaa de electricidad y que flucta entre lmites amplios dependiendo de la estacin y la hora del da. Wildi (2007) Flexibilidad: es un concepto con el cual se trata de expresar hasta qu punto puede una instalacin modificar sus condiciones normales de operacin, ya sea por mantenimiento o por fallas. Enrquez (2010)

Frecuencia: es la cantidad de ciclos completos en una corriente elctrica y se calculan por segundo. Rizzoni (2002)

Interruptor: es un dispositivo cuya funcin es interrumpir y restablecer la continuidad en un circuito elctrico. Enrquez (2012).

Relacin de transformacin: se expresa como el cociente de la cantidad primaria a la cantidad secundaria. Enrquez (2010)

2.5 Operacionalizacin de la variable

a) Variable: Mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste.

b) Definicin conceptual

Modo ordenado y sistemtico de proceder para conocer si un transformador monofsico tipo poste posee capacidad disponible para alimentar nuevas cargas.

c) Definicin operacional

Modo ordenado y sistemtico de proceder en la empresa CORPOELEC Zulia para conocer si un transformador monofsico tipo poste instalado en su red de distribucin, posee capacidad disponible, para la conexin de nuevos usuarios que requieran suministro para el incremento en la demanda de usuarios ya conectados, dando respuesta a las solicitudes pendientes por este motivo. Esta modalidad estar fundamentada en el resultado de los perfiles de carga registrado en los transformadores instalados.

d) Cuadro de variables: Ver tabla: 2.1.

Tabla 2.1. Cuadro de Variables

Objetivo General: Proponer un mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste, en usuarios residenciales, instalados en la red de distribucin del Municipio Maracaibo de CORPOELEC Zulia.

Objetivos EspecficosVariableDimensionesSub-DimensinIndicadores

Analizar factores que influyen en el perfil de carga de usuarios residenciales, as como en el nivel de capacidad disponible de los transformadores de distribucin monofsicos tipo poste.Mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste.Perfil de carga de usuarios residenciales

Tipo de vivienda. Casas Apartamentos Conjunto residenciales Edificios

Demanda Demanda promedio Demanda mxima

Factores Factor de demanda Factor de diversidad

Capacidad disponibleDemanda en KVA Demanda mxima Intervalo de demanda mxima Factor de utilizacin Capacidad nominal del transformador Capacidad mxima utilizada Capacidad disponible

Tabla 2.1. Continuacin Cuadro de VariablesObjetivo General: Proponer un mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste, en usuarios residenciales, instalados en la red de distribucin del Municipio Maracaibo de CORPOELEC Zulia.

Objetivos EspecficosVariableDimensionesSub-DimensinIndicadores

Determinar los fabricantes y las caractersticas tcnicas de los transformadores de distribucin tipo poste que se encuentran instalados en media tensin y baja tensin, en el sistema de distribucin del Municipio Maracaibo de CORPOELEC Zulia.

Mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste.Zonificacin del municipio MaracaiboUbicacin geogrfica Zona Norte Zona Sur Zona Oeste Zona Este

Transformadores instalados en CORPOELEC Zulia

Elementos Unidad monofsica: Transformador tipo poste. Integrante de un banco trifsico

Fabricantes TIVECA MEVENCA CAIVET

Especificaciones tcnicas de los fabricantes. Potencia (KVA). Voltajes (KV). Corrientes (A). Frecuencia (Hz). Impedancia (%Z). BIL

Ubicacin tcnica de la unidad Zona Cdigo del Poste Cdigo de la caseta

Tabla 2.1. Continuacin Cuadro de Variables

Objetivo General: Proponer un mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste, en usuarios residenciales, instalados en la red de distribucin del Municipio Maracaibo de CORPOELEC Zulia.

Objetivos EspecficosVariableDimensionesSub-DimensinIndicadores

Definir los criterios para obtener perfiles de carga promedio de transformadores monofsicos tipo poste con usuarios residenciales.Mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste.Criterios

Reglamento del servicio elctrico. Articulo 13. Articulo 23.

Usuarios. Cantidad de usuarios residenciales medidos, servidos por el transformador

Cantidad de transformadores instalados Por zona Por fabricante

Medicin Equipo de medicin Tiempo de registro Parmetros a medir

Tabla 2.1. Continuacin Cuadro de Variables

Objetivo General: Proponer un mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste, en usuarios residenciales, instalados en la red de distribucin del Municipio Maracaibo de CORPOELEC Zulia.

Objetivos EspecficosVariableDimensionesSub-DimensinIndicadores

Construir perfiles de carga promedio de usuarios residenciales del servicio elctrico en el municipio Maracaibo, donde existan solicitudes pendientes del servicio, que requieran una verificacin de carga del transformador.Mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste.Solicitudes pendientes del servicioNuevo servicioAumento de carga Nivel de tensin Demanda requerida en KVA Zona

Construccin de perfiles de carga

Registro de demanda Parmetros registrados Periodo de estudio: diario, semanal y mensual

Comportamiento de la carga. Curva demanda vs tiempo

Tabla 2.1. Continuacin Cuadro de Variables

Objetivo General: Proponer un mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste, en usuarios residenciales, instalados en la red de distribucin del Municipio Maracaibo de CORPOELEC Zulia.

Objetivos EspecficosVariableDimensionesSub-DimensinIndicadores

Evaluar en campo distintos fabricantes de transformadores en servicio para determinar el comportamiento de equipo con cargabilidad similares..Mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste.Comportamiento de transformadores con cargas similares.

Fabricantes. TIVECA. CAIVET. MEVENCA

Mediciones Perfil de carga.

Comparacin Por fabricante Por capacidad

Tabla 2.1. Continuacin Cuadro de Variables

Objetivo General: Proponer un mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste, en usuarios residenciales, instalados en la red de distribucin del Municipio Maracaibo de CORPOELEC Zulia.

Objetivos EspecficosVariableDimensionesSub-DimensinIndicadores

Proponer una (s) solucin (es) terico prctica que permitan generalizar mtodos para determinacin de capacidad disponible de transformadores en base a los consumos de los usuarios residenciales

Mtodo para determinacin de capacidad disponible en transformadores monofsicos tipo poste.Determinacin de capacidad disponibleSolucin terico Prctica. Metodologa.

Consumos. Alto consumo (>1500 kWh) Mediano. Segn plan Banda Verde para el estado Zulia. Bajo consumo ( 600 kWh)

Generalizacin. Futuras Aplicaciones.

Referencias Bibliogrficas

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Llano, L. (2012). Mtodo para la Generacin de Perfiles de Demanda en Comunidades Aisladas y Prediccin de Demanda de Corto Plazo, para Microredes Basadas en Energas Renovables. (Tesis de grado), Universidad de Chile, Santiago de Chile, Chile.Manual de Recepcin, Instalacin, operacin y mantenimiento para transformadores sumergidos en lquido aislante, tipo poste monofsicos y trifsicos para distribucin area (D-1 y D-3). PROLEC, Divisin DistribucinMonsalvo J. y Villalba S. (2012). Evaluacin del uso eficiente de la energa elctrica en el sector supermercado en los municipios maracaibo-san francisco del edo. Zulia. (Tesis de grado), Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela. Quintero, R. (2012). Estimacin de la demanda para la localizacin de prdidas no-tcnicas por punto de transformacin. Universidad Simn Bolvar (Tesis de posgrado). Caracas, Venezuela.

RICHARDSON, D. y CAISSE, A. (1997) Mquinas Elctricas Rotativas y Transformadores. (4 ed.). Mxico. Prentice Hall

Rizzoni, G. (2002) Principios y aplicaciones de ingeniera elctrica (3 ed.) Colombia: McGRAW-HILL

Wildi, T. (2007) Maquinas elctricas y sistemas de potencia. Mxico: Pearson Educacin

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