El estudio de flujo de carga calcula, para cada escenario de demanda y generación, la tensión en cada barra, la potencia activa y reactiva por cada línea y transformador, su cargabilidad y las pérdidas. Dice si la red aguanta la carga o la generación nueva sin salirse de los límites de tensión y sin sobrecargar equipos, y es la base del estudio de conexión que revisa el operador de red.
Qué es un estudio de flujo de carga
El flujo de carga, o flujo de potencia, resuelve la red en régimen permanente: dadas las cargas, la generación y la posición de los cambiadores de tomas, calcula la tensión (magnitud y ángulo) en cada barra y la potencia activa y reactiva que circula por cada línea, cable y transformador. De ahí salen la corriente de cada elemento, su cargabilidad frente a su capacidad y las pérdidas de la red.
El problema no es lineal, así que se resuelve por iteración, normalmente con el método de Newton-Raphson. Cada barra se modela según lo que se conoce de ella: la barra de referencia fija la tensión (la red del operador), las barras de generación fijan potencia activa y tensión, y las barras de carga fijan potencia activa y reactiva.
Sus resultados alimentan también los ajustes de protecciones: la corriente máxima de cada elemento, incluida la contingencia N-1, fija el arranque mínimo de la 51 y el límite de la distancia frente a la carga; el sentido del flujo dice si hacen falta funciones direccionales; el perfil de tensiones sirve para ajustar la 27 y la 59, y la carga de cada elemento, para elegir la relación de los CT. La otra mitad de esa base es el estudio de cortocircuito, que se corre con el mismo modelo.
Cuándo se exige
- RETIE. Entre los temas del diseño detallado (numeral 3.3.1.1) están el análisis y cálculo de cargas iniciales y futuras con factor de potencia y armónicos, el análisis del nivel de tensión requerido, los cálculos de regulación de tensión y el cálculo de pérdidas de energía. En instalaciones con varias barras, generación o cargas grandes, eso se resuelve con un flujo de carga.
- Conexión con el operador de red. La CREG 174 de 2021 pide un estudio de conexión simplificado, cuyo contenido diseña el CNO, a los autogeneradores y generadores distribuidos de más de 100 kW con entrega de excedentes y a los AGGE de menos de 5 MW de potencia máxima declarada; en la práctica, ese estudio y los de conexión de cargas grandes revisan las tensiones y la cargabilidad del circuito con un flujo de carga. Vea solicitud de factibilidad y disponibilidad de conexión.
- Proyectos ante la UPME: las plantas que van por la CREG 075 de 2021 radican un estudio de conexión que analiza las alternativas técnicas de conexión al SIN y se apoya en flujos de carga y cortocircuito. Vea conexión de parques solares al STR y al STN.
- Ampliaciones de planta, cargas grandes nuevas, cambio de transformador o reconfiguración de alimentadores.
Qué necesitamos de usted
- Unifilar y modos de operación (enlaces, transferencias, paralelos).
- Cargas por barra: potencia activa y factor de potencia en demanda máxima y mínima; idealmente, mediciones o curvas de carga reales.
- Transformadores: potencia, impedancia, tomas disponibles y si tienen cambiador bajo carga.
- Cables y líneas: calibre, longitud e instalación.
- Generación propia: potencia, capacidad de reactivos o modo de control del inversor.
- Información de la red del operador: equivalente en el punto de conexión, tensión de operación y, si el estudio es de conexión, los datos oficiales que él entrega.
Método y norma
La práctica recomendada de IEEE para flujos de carga en sistemas industriales y comerciales es IEEE 3002.2-2018, que cubre el diseño de sistemas nuevos, el análisis de existentes y la validación del modelo. Los escenarios típicos:
| Escenario | Qué revela |
|---|---|
| Demanda máxima | Caída de tensión en las barras lejanas, sobrecarga de transformadores y cables |
| Demanda mínima | Tensión alta, exceso de reactivos de bancos fijos |
| Máxima generación con demanda mínima | Sobretensión, flujo inverso, cargabilidad del punto de conexión |
| Contingencia (N-1) | Si la red aguanta la salida de un transformador o de una línea |
| Escenario futuro | Margen para crecer |
Tres detalles separan un flujo útil de uno que solo cumple el trámite:
- El modelo se valida. Se compara el resultado del caso base con mediciones reales de tensión y corriente en la frontera y en los tableros principales. Si no coinciden, se corrigen cargas, tomas o impedancias antes de estudiar escenarios futuros.
- Los controles se modelan como operan. Un cambiador de tomas bajo carga, un banco de condensadores automático o un inversor que regula reactivos cambian el resultado; si se dejan fijos, el estudio dice algo distinto de lo que pasará en sitio.
- La generación se estudia en su peor momento, que no es el de máxima demanda sino el de máxima producción con la planta casi vacía, por ejemplo un domingo al mediodía en una planta solar de autoconsumo.
Los límites de tensión y de cargabilidad se toman de los criterios del operador de red, de la regulación aplicable o de los datos de los equipos, y el informe dice cuáles usó. Si hay motores grandes, el arranque se analiza aparte en un estudio dinámico de arranque de motores.
Qué entregamos
- Memoria de cálculo con el modelo, los escenarios y los criterios de aceptación.
- Tablas por escenario: tensión por barra, flujo y cargabilidad por elemento, pérdidas y factor de potencia en la frontera.
- Diagramas del unifilar con los resultados.
- Recomendaciones: posición de tomas, compensación reactiva, cambio de calibres o de transformador, reconfiguración.
- El modelo validado, que sirve después para el cortocircuito y la coordinación.
Hallazgos típicos y lo que cuestan si se ignoran
- Tensión baja al final de un alimentador. Motores que se calientan, variadores que se disparan y contactores que se sueltan.
- Sobretensión con la generación solar al mediodía. Los inversores salen por su protección de sobretensión y se pierde energía que el proyecto ya había vendido o contado como ahorro. Vea sobretensión 59.
- Transformadores cargados por encima de su capacidad en el pico o en contingencia, con envejecimiento acelerado del aislamiento.
- Factor de potencia bajo en la frontera, que termina en cobros de energía reactiva.
- Bancos de condensadores sobredimensionados, que suben la tensión en demanda mínima.
Ninguno de estos problemas avisa: aparecen como disparos «sin causa», facturas más altas o un transformador que falla antes de tiempo.
Estudios eléctricos con Tiza Group
Nuestro equipo arma el modelo de su red, lo valida con mediciones y entrega el flujo de carga con recomendaciones concretas. Con el mismo modelo hacemos el estudio de cortocircuito y la coordinación de protecciones. Vea nuestros estudios eléctricos y escríbanos por contacto.
Guías relacionadas
- Estudio de cortocircuito: IEC 60909 y ANSI/IEEE
- Estudio de armónicos según IEEE 519
- Estudio de protecciones para autogeneración
- Banco de condensadores
- Cambiador de tomas bajo carga
- Conexión a la red en Colombia
Referencias
- IEEE 3002.2-2018, IEEE Recommended Practice for Conducting Load-Flow Studies and Analysis of Industrial and Commercial Power Systems.
- IEEE 3002.7-2018, IEEE Recommended Practice for Conducting Motor-Starting Studies and Analysis of Industrial and Commercial Power Systems.
- RETIE, Resolución 40117 de 2024 del Ministerio de Minas y Energía, y sus modificaciones (numeral 3.3.1.1).
- Resolución CREG 174 de 2021 y Resolución CREG 075 de 2021, con sus modificaciones.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre flujo de carga y cortocircuito?
El flujo de carga describe la red en régimen permanente, en operación normal o en contingencia: tensiones, potencias, corrientes y pérdidas. El cortocircuito describe la red durante una falla. Se hacen con el mismo modelo y se complementan.
¿Qué escenarios se estudian en un flujo de carga?
Como mínimo, demanda máxima y mínima con la configuración normal. Si hay generación, se agregan los casos de máxima generación con demanda mínima, que es cuando sube la tensión y el flujo se invierte, y las contingencias que pida el operador de red, como la salida de un transformador o de una línea.
¿El flujo de carga sirve para dimensionar un banco de condensadores?
Sí. Muestra cuánta potencia reactiva hace falta para sostener la tensión o mejorar el factor de potencia en cada escenario. Antes de instalar el banco conviene revisar los armónicos, porque el condensador puede crear una resonancia.