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Um procedimento para o dimensionamento de transformadores baseado em curvas típicas de carga e consumo de energia calculado para consumidores residenciais, comerciais e industriais em baixa tensão. O objetivo é apresentar um novo critério para a estimativa de demanda de novas cargas e fornecer diretrizes para o dimensionamento de transformadores de distribuição, utilizando a carga declarada pelo cliente, fator de demanda e fatores e curvas de carga típica por classe.
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Tipologia: Slides
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Elaborado por: Anderson Gonçalves Villela e Valdivino Alves de Carvalho
Aprovado: Milton Martins^ – Gerente de Engenharia da Distribuição
Colaboradores Silvio Baldan e Patrícia Queiroz
Data: novembro/2007 Versão: 1.
A Engenharia tem como premissa, estar sempre atenta às novas tecnologias e ao aprimoramento de suas práticas. O cálculo de demanda para dimensionamento de transformadores é um exemplo típico. Ao longo dos anos, o algoritmo de cálculo adotado não mais representava as reais condições de rede, sendo necessário desenvolver uma nova metodologia.
Este procedimento para o dimensionamento de transformadores está fundamentado na aplicação de curvas típicas de carga para consumid ores residenciais, comerciais e industriais, bem como em consumos de energia calculados com base nas informações de cargas declaradas por clientes e projetistas, a serem atendidas em baixa tensão.
Neste modelo de cálculo, quanto mais precisa a estimativa de energia para atendimento das novas cargas, melhor será o resultado produzido na estimativa de demanda.
Esta Nota Técnica tem como objetivo apresentar o novo critério para estimativa de demanda de novas cargas à serem conectadas na rede de distribuição de baixa tensão, bem como os critérios para dimensionamento dos transformadores de distribuição. Utiliza como parâmetro, a carga declarada pelo cliente, o fator de demanda e fatores e curvas de carga típica por classe.
Técnica : Redes de Distribuição Profissional: Técnicos, Eletricistas e Engenheiros.
ß Projeto de P&D: “Desenvolvimento de Sistema de Estimativa de Consumo para Recuperação de Receitas” - Projeto ANEEL: 0390-058/2004 – ciclo 2003/2004. ß ND – 2.005 – Carregamento de Transformadores de Distribuição.
ß Projeto: “Simplificação da Padronização de Transformadores de Distribuição em São Paulo” – Relatório número 2: “Carregamento Inicial e de Troca de Transformadores de Distribuição”;
ß Distribution Transformer Guide – Westinghouse;
ß LIG BT 2005: Livro de Instruções Gerais de Baixa Tensão.
Potência Nominal do Transformador (kVA) - TRIFÁSICO
15 30 45 75 112,5 150 225 R 225 C 300 R 300 C
Carregamento Inicial – (kVA) Carregamento Máximo Admissível para Atendimento (kVA)
20 39 59 94 141 188 281 248 375 330
Carregamento Máximo Admissível pelo Transformador (kVA)
24 48 72 112,5 169 225 338 270 450 360
Seqüência de Substituição – Potência Nominal do Novo Transformador (kVA)
30 45 75 112,
Fazer Nova E.T. para Aliviar a Carga
300 300 Fazer Câmara Transformadora
Tabela 6.
6.2 Cargas Máximas Admissíveis
Os carregamentos máximos admissíveis para os transformadores aéreos alimentando cargas distribuídas são:
Esta Nota Técnica considera carregamento máx imo admissível (em porcentagem) igual a 100 vezes a relação entre a carga máxima admissível e a potência nominal do transformador.
6.3 Cargas para Atendimentos de Ligações Novas
Nas estações transformadoras existentes, os acréscimos de cargas correspondentes a novos pedidos de ligação podem ser atendidos quando a carga resultante (carga atual + carga estimada) – SR – estiver dentro dos limites estabelecidos na tabela abaixo:
Limites para atendimento SN (Potência Nominal do Transformador) SR = 1.3 SN < 75 kVA SR = 1.25 SN = 75 kVA SR = 1.10 SN = 225 kVA ou = 300 kVA
6.4 Seqüência de Substituição
As substituições de transformadores nas E.T’s, quando necessárias para o atendimento de crescimento de cargas ou de acréscimos devidos a nov as SATR, devem ser feitas segundo a Tabela 6.1 e Tabela 6.2.
Nota: Quando a carga superar os limites especificados anteriormente, uma alternativa à substituição do(s) transformador (es), é o seccionamento do secundário. A definição da alternativa deve ser feita pelo Projetista considerando análises técnicas econômicas e diretrizes da AES ELETROPAULO.
6.5 Considerações Gerais
a) Não projetar transformadores em paralelo nos bancos (delta aberto ou delta fechado); b) Não projetar, novas E.T.’s com transformadores monofásicos, exceto em caso de substituição de equipamentos; c) Banco delta fechado deve ser utilizado se: a demanda do transformador de força (banco delta aberto) for > 40 kVA, e/ou; existir um motor com potência maior que 20 cv; d) Em regiões de futura distribuição subterrânea, não devem ser instalados transformadores de potência nominal superior a 150 kVA;
7.1 Roteiro Básico de Cálculo
A demanda estimada do transformador, correspondente ao acréscimo de carga, é feita considerando uma série de etapas, que envolvem a determinação de:
a) demanda total estimada da nova carga; ou b) demanda total da nova carga referente às cargas bifásicas e trifásicas (caso a nova carga seja atendida por ET do tipo Delta; c) folgas da ET (obtidas no GIS); d) carregamento dos transformadores;
7.2 Folga Atual da ET
A folga atual do transformador da ET deve ser obtida, preferencialmente no sistema GIS, e indicam a disponibilidade de carga em “kVA” por fase no ponto de conexão, levando em consideração limites de queda de tensão, capacidade de corrente dos cabos, além da capacidade do transformador. Indicam para cada folga, o tipo de limite que estaria sendo transgredido, caso a demanda da carga a ser conectada na rede seja superior.
Quando não há informações no GIS, devem ser considerados valores de medições efetuadas na ET ou pela estimativa de demanda na planilha ESDRAV.
Se o valor da demanda estimada for igual ou inferior ao apresentado nas tabelas do sistema GIS (figura 3.1), a carga poderá ser conectada sem a necessidade de alterações na rede secundária.
Figura 3.
Se o valor da demanda estimada for superior ao apresentado nas tabelas do sistema GIS, deve-se verificar o tipo de restrição indicado na tabela de folgas, e, caso a restrição seja a capacidade de carga da ET, deve ser verificada a tabela de carregamentos no GIS (figura 2), que apresenta o carregamento da ET por período.
Em seguida, deve ser identificado o período que ocorre o pico de demanda estimada para a nova carga e somar ao carregamento do período correspondente da tabela, verificando os limites de carga do transformador conforme tabelas 6.1 e 6.2.
Nota: mesmo que o valor resultante de carregamento obtido esteja de acordo com os limites do transformador, os parâmetros de queda de tensão e ampacidade do secundário devem ser verificados.
d) Instalação de uma ET exclusiva para atender a nova carga
Em função do valor de pico de demanda em “kVA” obtido na curva de carga resultante da nova carga a ser atendida, escolher o transformador com base nos lim ites apresentados na tabela 6.1 e 6.2.
7.4 Demanda por transformador
A demanda da nova ligação, que será alimentada pelo(s) transformador(es) da E.T., é calculada como uma etapa intermediária, através das seguintes fórmulas:
a) ET com um único transformador monofásico
ACM = DPM
Exemplo 1 - Ligação de um consumidor comercial, com as seguintes características:
Quantidade Total kW 3 0, 3 0, 58 2, 10 0, 16 0, 35 3, 9 5, 3 13, 1 6, 2 5, 1 6,
42,
Equipamentos Potencia W 100
26 100 600
Comercial Individual - Relação de Cargas
60 35 10
20.031,
Lâmpadas Incandescentes Lâmpadas Fluorescentes Lâmpadas Fluorescentes Lâmpadas Fluorescentes Lâmpadas Fluorescentes Tomadas de Uso Geral Tomadas de Uso Específico Chuveiros Aquecedor Individual de Passagem Ar condicionado 18000 BTUs Ar condicionado 60000 BTUs
Total
a) cálculo do consumo de energia estimado
C =^ FDT × FCT × PInst × 730 (f.1)
Para um consumidor comercial, os fatores de demanda e carga típicos obtidos na tabela do ANEXO I são:
Fdt = 0,35 Fct = 0,
substituindo em (f.1), temos:
C =^0 , (^35) DT × 0 , (^4) CT × 42 , 66 × Inst 730
C =^4360^ kWh
b) com este valor de consumo temos a seguinte demanda média:
kVAmédio^ =^ C (f.2)
kVAmédio^ = -->^ kVAmédio =^6 ,^5 kVA
c) em seguida escolhemos a curva típica de carga do ANEXO III, por classe de consumo e multiplicamos seus valores de demanda em “pu” pela demanda média obtida e pelo fator Fk (Fk=1,1), como segue:
0
2
4
6
8
10
12
14
(^123456789101112131415161718192021222324) Demanda Res (kVA) Demanda Com (kVA) Demanda Tot+Fk (kVA)
Horário val. Pu pu * Fk * 6,5 kVA 1 0,45 3, 2 0,44 3, 3 0,45 3, 4 0,44 3, 5 0,45 3, 6 0,55 3, 7 0,67 4, 8 0,88 6, 9 1,19 8, 10 1,35 9, 11 1,63 11, 12 1,57 11, 13 1,43 10, 14 1,55 11, 15 1,54 11, 16 1,54 11, 17 1,53 10, 18 1,42 10, 19 1,12 8, 20 0,96 6, 21 0,86 6, 22 0,77 5, 23 0,67 4, 24 0,53 3,
Comercial 1001 - 5000 kW
d) Pesquisando no GIS a possível “ET” para atendimento desta carga encontramos:
Neste caso a demanda máxima ocorre às 11:00 horas com um pico de 11,65 kVA. Este valor deve ser considerado para efeito de verificação das folgas na ET.
Exemplo 2 - Ligação de consumidor residencial, com as seguintes características:
Quantidade Total kW 6 0, 10 1, 3 1, 1 4, 1 1, 1 1,
10,
Uma Residência 200 m²- Relação de Cargas Equipamentos Potencia W Lâmpadas Incandescentes 100 Tomadas de Uso Geral 100
Total
Tomadas de Uso Específico 600 Chuveiro 4. Ferro Elétrico 1. Forno de Microondas 1.
7.800,
a) Cálculo do consumo de energia estimado
C =^ FDT × FCT × PInst × 730 (f.1)
Para um consumidor residencial, os fatores de demanda e carga típicos obtidos na tabela do ANEXO II, são:
F (^) DT =^0 ,^0676 × Pinst (^0 ,^1149 ) (f.3)^ F (^) CT =^19 ,^101 × Pinst (−^0 ,^5121 ) (f.4)
= 0 , 0676 × (^0 ,^1149 ) F DT -->^ F DT =^0 ,^1957
= 19 , 101 × (−^0 ,^5121 ) FCT FCT =^0 ,^167
substituindo em (f.1), temos:
C =^0 ,^1957 ×^0 ,^167 ×^10 ,^4 × 730
C =^248 ,^8^ kWh
b) Com este valor de consumo temos a seguinte demanda média:
Fp
C kVAmédio =^730 × (f.2)
730 0 , 92
= (^) ×
kWh kVAmédio -->^ kVAmédio =^0 ,^3705
c) Em seguida escolhemos a curva típica de carga do ANEXO III, por classe de consumo e multiplicamos seus valores de demanda em “pu” pela demanda média obtida e pelo fator Fk (Fk=1,1), como segue:
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
(^123456789101112131415161718192021222324) Demanda Res (kVA) Demanda Com (kVA) Demanda Tot+Fk (kVA)
*Horário val. Pu pu * Fk 0,4 kVA 1 0,8 0, 2 0,76 0, 3 0,66 0, 4 0,58 0, 5 0,6 0, 6 0,81 0, 7 0,92 0, 8 0,83 0, 9 1,04 0, 10 1,11 0, 11 1,03 0, 12 1,02 0, 13 0,99 0, 14 1,02 0, 15 0,86 0, 16 0,82 0, 17 0,84 0, 18 1,2 0, 19 1,38 0, 20 1,48 0, 21 1,49 0, 22 1,47 0, 23 1,32 0, 24 0,99 0,
Residêncial 221 - 500 kW
e) Conclusão
Para residências conforme o exemplo acima, a demanda calculada será sempre inferior a 1kVA, o que dificilmente resultará em serviço na rede, sendo possível sua conexão em qualquer “ET” disponível.
Neste caso a demanda máxima ocorre às 21:00 horas com um pico de: 0,61 kVA. Este valor deve ser considerado para efeito de verificação das folgas na ET.
Demanda Res (kVA) Demanda Com (kVA) Industrial > 10000 kWh d) Verificando a ET disponível no local, encontramos: Neste caso a demanda máxima ocorre às 09:00 horas com um pico de: 45 kVA. Este valor deve ser considerado
Neste caso há necessidade de uma ligação trifásica, a ET existente é monofásica, portanto será necessário acrescentar um transformador de força ao banco. Assim devemos calcular a demanda por transformador conforme consta em 7.4 item b:
ET delta aberto
ACL = DPM + 0,57 DPT ACF = 0,57 DPT
As cargas trifásicas correspondem a 35% da carga total declarada, portanto, do total da demanda calculada, teremos:
D kVA f
3
= × = D kVA f
2
= − =
ACL =^29 ,^25 +^0 ,^57 ×^15 ,^75 =^38 ,^2^ kVA ACF =^0 ,^57 ×^15 ,^75 =^8 ,^98 kVA
f) Conclusão
Para atendimento da carga trifásica seria necessário instalar um transformador monofásico de 10 kVA, alterando a configuração da ET de luz para um banco delta aberto. No entanto a folga atual no ponto de conexão é de 21 ,71 kVA, insuficiente para atender a carga total solicitada. A restrição encontrada foi código 2 (“carregamento dos trechos de rede”). Verificando os carregamentos da ET , na figura abaixo, podemos ver que o transformador tem capacidade para atender a carga “ACL” (38,2 kVA), no entanto modificações na rede devem ser realizadas para este atendimento, à critério do projetista.
Para a ADM, os fatores de demanda e carga típicos obtidos na tabela 1 do ANEXO I, são:
substituindo em (f.1), temos:
C = 7. 617 kWh
c) Com estes valores de consumo temos a seguintes demandas médias:
kVAmédio^ =^ C (f.2)
Salas 730 0 , 92
kVAmédio^ =^ kWh -->^ kVAmédio =^5 ,^02
Para 50 salas temos: (^) kVAsalas = 50 × 5 , 02 = 251
kVAmédio^ =^ kWh -->^ kVAmédio =^11 ,^34
d) em seguida escolhemos a curva típica de carga do ANEXO III, por classe de consumo e multiplicamos seus valores de demanda em “pu” pela demanda média obtida e pelo fator Fk (Fk=1,1), como segue:
*Horário val. Pu pu * Fk 11,34 kVA 1 0,53 6, 2 0,47 5, 3 0,45 5, 4 0,47 5, 5 0,5 6, 6 0,58 7, 7 0,77 9, 8 0,82 10, 9 1,05 13, 10 1,31 16, 11 1,42 17, 12 1,43 17, 13 1,4 17, 14 1,39 17, 15 1,41 17, 16 1,53 19, 17 1,41 17, 18 1,34 16, 19 1,39 17, 20 1,22 15, 21 1,02 12, 22 0,84 10, 23 0,69 8, 24 0,56 6,
Comercial 5001 - 10000 kWh Horário val. Pu pu * Fk * 251 kVA 1 0,45 124, 2 0,44 121, 3 0,45 124, 4 0,44 121, 5 0,45 124, 6 0,55 151, 7 0,67 184, 8 0,88 242, 9 1,19 328, 10 1,35 372, 11 1,63 450, 12 1,57 433, 13 1,43 394, 14 1,55 427, 15 1,54 425, 16 1,54 425, 17 1,53 422, 18 1,42 392, 19 1,12 309, 20 0,96 265, 21 0,86 237, 22 0,77 212, 23 0,67 184, 24 0,53 146,
Comercial 1001 - 5000 kWh
0,
50,
100,
150,
200,
250,
300,
350,
400,
450,
500,
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Demanda Res (kVA) Demanda Com (kVA)
Neste caso a demanda máxima ocorre às 11:00 horas com um pico de: 467,75kVA. Resultando na necessidade de instalação de uma câmara transformadora ou transformador em pedestal ou transformador a seco.
