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El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) define la calidad de la energía como garantizar que la alimentación eléctrica y la conexión a tierra de los equipos sean compatibles y adecuadas para su funcionamiento. Se trata de lograr compatibilidad entre el sistema eléctrico y los equipos que alimenta, así como entre diferentes dispositivos dentro de un mismo espacio de distribución. Este concepto de compatibilidad se conoce como Compatibilidad Electromagnética (EMC), definida por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) como la capacidad de un equipo o sistema para funcionar satisfactoriamente en su entorno electromagnético sin causar perturbaciones intolerables a otros dispositivos.
La verdadera medida de la calidad de la energía es qué tan bien funcionan los equipos eléctricos de manera consistente y segura cuando se les da el mantenimiento adecuado, sin afectar negativamente el rendimiento de otros equipos conectados.
La electricidad suministrada por las empresas de servicios públicos suele seguir una forma de onda sinusoidal con una frecuencia de 60 Hz en América del Norte y 50 Hz en otras regiones, conocida como frecuencia fundamental. Cualquier desviación en la magnitud o frecuencia de esta forma de onda se denomina desviación de la línea eléctrica. Si bien las desviaciones menores suelen ser inofensivas, las variaciones significativas pueden provocar perturbaciones que afecten el rendimiento del equipo.
Los voltajes excesivamente altos o bajos pueden provocar desgaste o daños en el equipo. Para mantener la estandarización, las empresas de servicios públicos locales establecen límites de variación de voltaje en los puntos de entrada del servicio. Por ejemplo, las caídas de voltaje no deben exceder el 5 % desde la fuente de energía hasta el punto de utilización y deben permanecer dentro del 3 % dentro de cualquier circuito. La variación permitida para voltajes más altos, generalmente de 1000 V a 50 000 V, suele ser de ±6 % en la entrada de servicio, con excepciones para condiciones temporales de carga pesada, como el arranque del motor.
Las empresas de servicios públicos no pueden garantizar un voltaje completamente libre de perturbaciones, por lo que pueden ser necesarias medidas de mitigación adicionales en el punto de uso para equipos que requieren una forma de onda de voltaje estable.
La gestión de la calidad de la energía eléctrica es esencial, especialmente para operaciones que involucran dispositivos electrónicos, de control o de seguridad humana. La mala calidad de la energía puede causar importantes interrupciones operativas en todas las industrias, como por ejemplo:
Los problemas de calidad de la energía suelen ser indicativos de problemas de seguridad subyacentes, como errores de cableado o conexión a tierra, que requieren acción inmediata. Garantizar la compatibilidad entre las cargas eléctricas y el sistema es crucial, con estándares regulatorios y procedimientos de servicios públicos disponibles para guiar la compatibilidad del equipo y las medidas de rendimiento.
Varios factores principales contribuyen a los desafíos en la calidad de la energía:
Cargas electrónicas sensibles: los sistemas de servicios públicos modernos están diseñados para brindar confiabilidad general, pero pueden tener dificultades para admitir dispositivos electrónicos sensibles, que pueden verse afectados por perturbaciones eléctricas.
Equipos cercanos que producen perturbaciones: los equipos de alta potencia que utilizan conmutación de estado sólido, hornos de arco y variadores de velocidad pueden generar perturbaciones que afecten a los dispositivos sensibles cercanos.
Fuentes de suministro: el aumento de los costos de la energía y la integración de nuevas fuentes de energía, incluida la generación renovable y distribuida, añaden complejidad y posibles problemas de calidad de la energía.
Las empresas de servicios públicos son responsables de entregar energía hasta la entrada del servicio (medidor), y el cliente es responsable de abordar la calidad de la energía en su lado del medidor. Es importante identificar la fuente de los problemas de calidad de la energía para implementar soluciones efectivas.
Los estudios sugieren que la mayoría de los problemas de calidad de la energía surgen dentro de una instalación, aunque puede haber una interacción con perturbaciones del lado de la oferta. Abordar los problemas de calidad de la energía que se originan en las instalaciones suele ser más rentable, ya que brinda a los administradores de las instalaciones un mayor control sobre sus procesos operativos y la oportunidad de ahorrar costos.
Las empresas de servicios públicos, reguladas por estándares específicos, priorizan el servicio continuo, aunque ciertos problemas, como los cortes relacionados con el clima, están fuera de su control. Generalmente, la mayoría de los problemas de calidad de la energía son responsabilidad del usuario final, mientras que las preocupaciones de las empresas de servicios públicos están ligadas a la confiabilidad del suministro.
Persisten varios conceptos erróneos sobre la calidad de la energía:
Las antiguas directrices están obsoletas: los estándares como la curva ITIC y FIPS Pub94 a menudo se malinterpretan; estos no estaban pensados como puntos de referencia modernos de calidad de energía.
La corrección del factor de potencia no es una solución universal: la corrección del factor de potencia, si bien es útil para reducir los cargos por demanda, no resuelve todos los problemas de calidad de la energía. Los sistemas de corrección del factor de potencia mal diseñados a veces pueden exacerbar los problemas de calidad de la energía.
Los pequeños voltajes neutro a tierra no indican problemas: los pequeños voltajes entre neutro y tierra son normales y a menudo no requieren dispositivos de aislamiento especiales.
La baja resistencia a tierra no es obligatoria para la electrónica: las varillas de conexión a tierra aisladas para una “baja resistencia a tierra de referencia” a menudo son innecesarias y pueden no cumplir con los códigos eléctricos.
No todos los sistemas UPS brindan protección total de la calidad de la energía: muchos sistemas UPS simplemente brindan energía de respaldo y carecen de funciones como regulación de voltaje y protección contra sobretensiones, que son esenciales para mejorar la calidad de la energía
Invertir en estrategias de prevención de la calidad de la energía es esencial para proteger equipos sensibles y garantizar un funcionamiento estable a largo plazo. Para instalaciones más grandes, como centros de datos, los costos asociados a la mejora de la calidad de la energía incluyen la preparación del sitio, la instalación, el mantenimiento y los ajustes de eficiencia operativa. También es vital considerar equipos para mitigar los problemas de calidad de la energía, como estabilizadores de voltaje, protectores contra sobretensiones y filtros de armónicos activos (AHF), especialmente cuando se utilizan componentes electrónicos sensibles.
filtros activos de armónicos (AHF) ofrecen una solución eficaz para abordar uno de los problemas más comunes de calidad de la energía: la distorsión armónica. Los armónicos pueden interferir con otros equipos, reducir la eficiencia energética y provocar sobrecalentamiento en motores y transformadores. Los AHF funcionan monitoreando dinámicamente el sistema eléctrico, inyectando corrientes de compensación para cancelar estas distorsiones. Esto minimiza las corrientes armónicas, estabiliza el voltaje y garantiza una entrega de energía más suave e ininterrumpida.
La incorporación de AHF como parte de un plan de prevención de la calidad de la energía puede:
Al considerar los costos totales de la prevención de la calidad de la energía, los AHF desempeñan un papel fundamental no solo para mantener el cumplimiento de los estándares de calidad de la energía, sino también para proteger los equipos críticos, optimizar el uso de energía y reducir la necesidad de reparaciones frecuentes. Para instalaciones donde la calidad de la energía es esencial, la inversión en AHF ofrece importantes ahorros, confiabilidad y eficiencia a largo plazo, lo que los convierte en una adición inteligente a cualquier estrategia integral de calidad de la energía.
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