CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Introducción, fundamentos.
Desde hace algunos años se está tomando conciencia sobre “La Calidad de la Energía Eléctrica”. El consumo de energía eléctrica crece en la actualidad de forma considerable debido al desarrollo de nuevas tecnologías que están transformando la sociedad en general, lo que aumenta continuamente la productividad. Históricamente este desarrollo tecnológico va ligado con la utilización de la energía eléctrica, siendo cada vez más alto el porcentaje de uso del consumo de energía eléctrica.
Actualmente las empresas de generación y distribución de energía eléctrica, tienen que afrontar dos importantes retos:
1. Aumentar la capacidad de generación y distribución de energía eléctrica, para responder a la demanda creciente, debido a que los sistemas de generación y distribución están funcionando muy cerca del límite de su capacidad máxima.
2. Asegurar la calidad de la energía eléctrica suministrada, con la finalidad de garantizar el correcto funcionamiento de los equipos conectados a las redes de distribución, considerando también que la calidad de la energía eléctrica es de gran importancia para contribuir con el desarrollo tecnológico.
Hasta el momento no existe una definición completamente aceptada del término “Calidad del Suministro Eléctrico” o “Calidad de la Energía Eléctrica”, siendo los estándares internacionales más empleados los que marcan el rumbo de la definición:
• El estándar IEC 61000-4-30 define el término “Calidad de Energía Eléctrica” como las características de la electricidad en un punto dado de la red eléctrica, evaluadas con relación a un conjunto de parámetros técnicos de referencia.
• El estándar IEEE 1159/1995 define el término “Calidad de Energía Eléctrica” como la gran variedad de fenómenos electromagnéticos que caracterizan la tensión y la corriente en un instante dado y en un punto determinado de la red eléctrica.
En general, la calidad del suministro de energía eléctrica se puede considerar como la combinación de la disponibilidad del suministro de energía eléctrica, junto con la calidad de la tensión y la corriente suministradas, entiéndase como la falta de calidad como la desviación de esas magnitudes de su forma ideal, por lo que, cualquier desviación se considera como una perturbación o como una pérdida de calidad.
La posibilidad de daños o averías en los elementos que componen el sistema de generación y distribución de la energía eléctrica, debido a múltiples causas, como condiciones climáticas, desgastes, envejecimientos, la propia actividad humana, el efecto de los animales u otros, también pueden afectar o interrumpir el suministro de energía eléctrica a los clientes. Por lo tanto, los factores que definen la calidad de la energía eléctrica dependen tanto del generador y del distribuidor como del propio cliente, por lo que, para asegurar unos niveles óptimos de calidad en el suministro eléctrico es necesaria la cooperación de todos los agentes que intervienen en el proceso.
El efecto más importante que produce la pérdida de la calidad de la energía eléctrica es el mal funcionamiento o la avería de los equipos conectados a la red de distribución. Los equipos eléctricos y electrónicos como los computadores personales, autómatas programables, equipos de iluminación, equipos de electrónica de consumo, etc., pueden funcionar de forma incorrecta si la energía eléctrica suministrada se interrumpe solamente durante unas décimas de segundo o incluso centésimas de segundo. Este mal funcionamiento de los equipos puede originar problemas importantes en un entorno residencial y/o comercial, pero los efectos económicos que pueden producir en los procesos industriales, como la parada o el daño de equipos, son de elevada magnitud.
Antes de que la electrónica irrumpiera en todo tipo de equipos industriales y de consumo, la compatibilidad significaba únicamente comprobar que la tensión y la frecuencia en la placa del equipo fuesen consistentes con la alimentación a la que este se conectaba. En la actualidad, y desgraciadamente, los equipos electrónicos proporcionan capacidades que requieren mayor atención en sus aplicaciones en los sistemas eléctricos. Fenómenos que antes eran secundarios como sobretensiones, distorsión armónica, variaciones de frecuencia, etc., son ahora significativos.
Calidad de la energía eléctrica
Antes de continuar con el análisis es conveniente que al término “Calidad de energía eléctrica”, no se lo utilice aislado para expresar un grado de excelencia en un sentido comparativo, si no usarlo en sentido cuantitativo para evaluaciones técnicas. Para expresar significado comparativo, se debe usar un adjetivo calificativo antes del término, como por ejemplo: Buena calidad de energía eléctrica, Mala calidad de energía eléctrica, etc.
Actualmente, el estudio de calidad de energía eléctrica ha adquirido mucha importancia y tal vez la razón más importante es la búsqueda del aumento de productividad y competitividad de las empresas. Así mismo porque existe una interrelación entre la calidad de la energía eléctrica, la eficiencia y la productividad.
Para aumentar la competitividad, las empresas requieren optimizar su proceso productivo mediante:
• Utilización de equipos de alta eficiencia como: motores eléctricos, bombas, etc.
• Automatización de sus procesos mediante dispositivos electrónicos y de computación.
• Reducción de costos vinculados con la continuidad del servicio y la calidad de la energía.
• Reducción de las pérdidas de energía.
• Evitar costos por sobredimensionamiento y tarifas.
• Evitar el envejecimiento prematuro de los equipos.
Un circuito eléctrico de corriente alterna consta, en su caso más sencillo, de una fuente de energía y de una carga eléctrica. La fuente proporciona energía eléctrica y la carga la transforma en otro tipo de energía. Siempre que la fuente proporcione una cantidad de energía por unidad de tiempo, es decir, una determinada cantidad de potencia eléctrica, la señal de tensión de la fuente forzará una señal de corriente a través del circuito.
Otro ejemplo muy común, es la creencia generalizada que un pararrayos tipo Franklin instalado en la parte superior de un edificio y conectado a tierra protege equipos eléctricos y electrónicos contra los efectos electromagnéticos que generan los rayos, ignorando el concepto de un sistema integral de protección contra rayos.
La Calidad de la Energía Eléctrica (CEL) en términos generales es un conjunto de propiedades inherentes tanto al servicio como a la señal de tensión o corriente eléctrica que permiten apreciar la como igual, mejor o peor que otras. Por tanto, podemos afirmar que la CEL en su concepto más amplio debe considerar tanto la continuidad del servicio como las señales de tensión y corriente eléctrica, en un tiempo dado y en un espacio determinado de un sistema de potencia eléctrico.
La definición del término Calidad de la Energía Eléctrica no es única y varía de país en país. Veamos algunas definiciones tomadas de instituciones que tratan sobre el tema en diferentes partes del mundo:
El Instituto EPRI (Electric Power Research Institute) de los Estados Unidos, por ejemplo, define la calidad de la Energía Eléctrica (Power Quality) como: “Cualquier problema de potencia manifestado en la desviación de la tensión, de la corriente o de la frecuencia, de sus valores ideales que ocasione falla o mala operación del equipo de un usuario.”
La norma IEC (61000-2-2/4) y la norma CENELEC (50160) definen la Calidad de la Energía Eléctrica como: “Una característica física del suministro de electricidad, la cual debe llegar al cliente en condiciones normales, sin producir perturbaciones ni interrupciones en los procesos del mismo”.