El término «calidad de energía eléctrica» se emplea para describir la variación de la tensión, corriente, y frecuencia en el sistema eléctrico. Históricamente, la mayoría de los equipos son capaces de operar satisfactoriamente con variaciones relativamente amplias de estos tres parámetros. Sin embargo, en los últimos diez años se han agregado al sistema eléctrico un elevado número de equipos, no tan tolerantes a estas variaciones, incluyendo a los controlados electrónicamente.

Durante mucho tiempo, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) le ha dado un gran peso a uno de los indicadores que tienen que ver con la continuidad en el suministro de la energía y el tiempo de interrupción de ésta para los usuarios. El factor “eficiente”, que se relaciona con el tema de calidad de energía, es un tema que debería tener mayor relevancia, con el fin de seguir contando con la lealtad de sus clientes. Es así que la calidad de la energía tiene que ver con conceptos como cambios en la frecuencia de operación, caídas de voltaje, voltajes fuera de los parámetros (sobretensiones o subtensiones), armónicas, factor de potencia, entre otros.

Es necesario considerar que las instalaciones ya cumplen con los requerimientos técnicos necesarios para obedecer a una instalación eléctrica humanamente segura y de salvaguardar las propiedades de la red eléctrica; asimismo, cumplen con la infraestructura necesaria para lograr suministrar la energía de forma continua. Aunque la energía no sea interrumpida, no necesariamente es de óptima calidad y  es ahí donde hay que centrar la atención.

Algo del control se hace directamente a través de electrónica de conversión de potencia, como son impulsores de ca, cd, y fuentes de energía conmutadas, además del equipo electrónico que está en los controles periféricos, como computadoras y controladores lógicos programables (PLC’s). Con la disponibilidad de estos complejos controles, se desarrolló un control de procesos mucho más preciso, y un sistema de protección mucho mas sensible; lo que hace a éstos aún más susceptibles a los efectos de los disturbios en el sistema eléctrico.

Los disturbios en el sistema, que se han considerado normales durante muchos años, ahora pueden causar desorden en el sistema eléctrico industrial, con la consecuente pérdida de producción. Adicionalmente, deben tomarse en cuenta nuevas medidas para desarrollar un sistema eléctrico confiable, mismas que anteriormente no se consideraron significativas.

Es importante darse cuenta de que existen otras fuentes de disturbios que no están asociadas con el suministro eléctrico de entrada. Estas pueden incluir descargas electrostáticas, interferencia electromagnética radiada, y errores de operadores. Adicionalmente, los factores mecánicos y ambientales juegan un papel en los disturbios del sistema. Estos pueden incluir temperatura, vibración excesiva y conexiones flojas. Aunque estos pueden ser factores muy importantes, no se discutirán en el presente artículo.

Disturbios en el Sistema.

Los disturbios en el sistema son variaciones generalmente temporales en la tensión del sistema. Que pueden causar mala operación o fallas del equipo. La variación de frecuencia puede ocasionalmente ser un factor en los disturbios del sistema, especialmente cuando una carga es alimentada por un generador de emergencia u ocurre un desequilibrio entre la carga de la planta industrial y la generación debido a la pérdida del suministro eléctrico. Sin embargo cuando el sistema eléctrico del usuario está interconectado a una red de potencia relativamente fuerte, la variación de frecuencia resulta a veces de preocupación insignificante.

Disturbios por Sobretensiones Transitorias

Las sobretensiones transitorias se refieren a variaciones en la forma de onda de tensión. que dan como resultado condiciones de sobretensión durante una fracción de ciclo de la frecuencia fundamental. Las fuentes comunes de estos transitorios son los rayos, operación de los dispositivos de interrupción de los sistemas eléctricos y el arqueo de conexiones flojas o fallas intermitentes.

Las consideraciones claves se resumen como sigue:

1. Para equipo eléctrico tradicional estas sobretensiones han sido manejadas diseñando el equipo para soportar sobretensiones de magnitudes de varias veces la tensión pico normal y al mismo tiempo aplicar pararrayos y algunas veces capacitores para frente de onda, con objeto de asegurar que las tensiones no excedieran los niveles de diseño del equipo.
2. El equipo electrónico generalmente no tiene la misma capacidad de aguante como los equipos eléctricos más tradicionales. De hecho el uso de pararrayos que limitan los transitorios a dos o tres veces la tensión nominal pico puede no proporcionar una protección adecuada a este equipo. En ese caso, los dispositivos de protección contra frente de onda para equipo electrónico pueden necesitar reactores en serie, capacitores en paralelo y/o dispositivos electrónicos, además de pararrayos resistivos no lineales, parra proporcionar una protección adecuada. Cuando no se logra esta protección pueden ocurrir fallas o mal funcionamiento.
3. La conmutación  de bancos de capacitores, ya sea en la planta industrial o en la red del sistema eléctrico puede causar el funcionamiento defectuoso de algunos equipos. En años recientes se ha vuelto un problema común asociado con el disparo inexplicable de muchos impulsores de ca pequeños. Muchos de estos impulsores están diseñados para desconectarse de la línea por una sobretensión del 10 al 20 % con duración de una fracción de ciclo . Ya que muchos bancos de capacitores de empresas eléctricas son conmutados diariamente, este problema podría ocurrir en forma muy frecuente. Este indeseable problema de disparo puede usualmente remediarse agregando un reactor en serie con el dispositivo sensible, o modificando su característica de disparo. Otras soluciones pueden incluir la reducción del transitorio en el banco de capacitores. La operación de los capacitores se asocia también ocasionalmente, con el funcionamiento defectuoso o falla de otros equipos además de los controladores.

Razones para estudiar la calidad de la energía eléctrica

Es necesario conocer los requerimientos de calidad de las cargas actuales:

• Pérdidas eléctricas
• Incrementos de riesgos eléctricos
• Reducción de los costos de operación de la red eléctrica
• Uso racional de la energía
• Crecimiento de la instalación
• Operaciones erróneas de equipos y aparatos eléctricos
• Redes obsoletas
• Incremento de equipos electrónicos
• Incremento de la susceptibilidad de los sistemas
• Reducción de la vida útil de equipos y aparatos eléctricos
• Incremento de interconexiones
• Mejorar la protección y la confiabilidad de las cargas

Síntomas típicos atribuibles a la calidad de energía eléctrica

• Operación errónea de los equipos
• Equipos quemados o disminución de su vida útil esperada
• Parpadeo en el alumbrado
• Corrientes por conductores de tierra
• Reinicio inesperado u oscilaciones en la pantalla de las computadoras
• Daños asociados a transferencias red–planta
• Sobrecalentamiento de transformadores, interruptores, motores, entre otros
• Sobrecarga de conductores de neutro
• Operación no deseada de protecciones
• Ruidos audibles en interruptores
• Fallas en UPS al hacer transferencias

Es indispensable poder contar con una energía óptima o de gran calidad, ya sea para evitar multas por parte de los suministradores de energía debido a la “contaminación” en su red (factor de potencia o presencia de armónicas) o para que las compañías suministradoras de energía la entreguen de forma confiable, ello como garantía para conservar a sus clientes. Es importante llevar a cabo un análisis de las redes a través de equipos y compañías especializadas para encontrar la mejor solución y, de esa forma, utilizar y aprovechar la energía eléctrica al máximo, minimizando pérdidas técnicas, calentamientos, reactancias y, en consecuencia, un pago excesivo por el servicio. 

Información obtenida de internet.