La electricidad sucia se define como la interferencia de voltaje de alta frecuencia sobre la red de suministro de 50 o 60 Hz que se crea en gran medida a través del funcionamiento de convertidores de potencia conmutados junto con otras cargas que generan interrupciones de alta frecuencia. Esta situación gira en torno a un aspecto comercial considerable basado en la venta de equipos que afirman tener propiedades terapéuticas, aunque no se dispone de evidencia definitiva que respalde estas afirmaciones. Es importante tratar estos dos temas por separado para proporcionar una comprensión adecuada del tema en consideración.
La electricidad sucia puede explicarse en su forma más simple como la presencia de ruido de voltaje y corriente de alta frecuencia en el rango de aproximadamente 2 kHz hasta casi 150 kHz ruido de banda ancha dentro del sistema de red principal, atribuido principalmente a la operación de convertidores de potencia conmutados, controladores LED, variadores de velocidad, atenuadores de alta frecuencia, inversores solares y contactos de arco de alta frecuencia. La electricidad sucia se cuantifica en términos de milivoltios del contenido de alta frecuencia o se evalúa en forma de emisiones conducidas en lugar de distorsión armónica. Los efectos documentados de la electricidad sucia se refieren a su posible influencia en dispositivos electrónicos, como el calentamiento aumentado de transformadores o motores, disparos molestos de RCDs y la interferencia en transmisiones por línea eléctrica. No habrá respaldo de las autoridades locales respecto a las afirmaciones sobre implicaciones para la salud relacionadas con la electricidad sucia. Se recomienda controlar la electricidad sucia en su origen aplicando técnicas de filtrado y puesta a tierra adecuada.
Los detalles a continuación buscan explicar el significado técnico de la electricidad sucia, así como su fuente. También puede elaborar sobre varios impactos de la electricidad sucia en diferentes equipos y dispositivos.
Desde la perspectiva de los ingenieros de servicios de edificios, existe una definición de electricidad sucia que no incluye al propietario con un medidor enchufable de electricidad sucia.
Electricidad Sucia Definida en la Práctica
Tres fenómenos que pueden clasificarse como electricidad sucia tienen diferentes orígenes y soluciones.
Retraso Armónico implica un cambio en estado estacionario en la forma de las ondas de voltaje y corriente alejándose de un valor de onda sinusoidal pura (una forma de onda eléctrica completamente suave) a N veces la frecuencia del suministro que entra al sistema. Todos los sistemas eléctricos deben adherirse a un límite de distorsión armónica del 5% en el punto de acoplamiento común. Las cargas no lineales, como rectificadores y variadores de frecuencia variable, causan la generación de distorsión armónica.
Ruido de alta frecuencia es lo que la mayoría de las personas consideraría como electricidad sucia. El ruido de alta frecuencia ocurre en frecuencias por encima de la distorsión armónica, específicamente desde 2 kilohertz (kHz) hasta 150 kHz, y resulta de los ciclos de conmutación del trabajo interno de los circuitos de las fuentes de alimentación, que operan en frecuencias desde decenas de kHz hasta cientos de kHz. Los analizadores armónicos no pueden detectar el ruido de alta frecuencia, y cualquier persona que produzca algún tipo de informe de calidad de energía no divulgará información sobre este fenómeno, porque los analizadores armónicos solo llegan hasta la frecuencia armónica número 50.
Transitorios son picos intermitentes de voltaje que pueden ser causados por el encendido/apagado de circuitos de suministro eléctrico o por rayos o arcos en la red de distribución eléctrica. Los transitorios pueden controlarse mediante el uso de dispositivos de protección contra sobretensiones, sin utilizar técnicas de filtrado. Es aconsejable entender las diferencias entre interruptores automáticos y protectores contra sobretensiones antes de realizar cualquier compra para la condición transitoria porque estos dispositivos cumplen funciones diferentes y ninguno de ellos filtra el ruido de alta frecuencia a través de su sistema.
La descripción de un ingeniero está claramente definida y se asocia con los ingenieros de la siguiente manera; todas las instancias de contaminación del suministro que superan los niveles de estándares casuales y armónicos inherentes que no pueden acreditarse mediante mediciones normales de calidad de energía. Presenta una clasificación objetiva pero carece de reconocimiento en comparación con nuestra definición anterior.
Aquí es donde entra en juego
Una razón detrás del papel de las fuentes de alimentación conmutadas (SPS) en los edificios actuales funciona principalmente en base a que sirven como una de las causas principales de interferencia electromagnética.
Un SPS proporciona un puente que conecta el suministro de CA mediante la función de conmutador a alta frecuencia y transforma la corriente en un suministro de CC. La función de conmutador produce bordes de voltaje agudos que generan pequeños impulsos de voltaje mediante la utilización de funciones de encendido/apagado en la operación de conmutación. Mientras que una sola fuente de alimentación de laptop no causa interferencia de ninguna manera, en el momento en que unifica cientos de controladores LED, fuentes de alimentación de laptop y cargadores de batería, variadores de velocidad, etc., en el mismo panel eléctrico, resulta una distorsión de voltaje de alta frecuencia.
Balastos electrónicos, controladores LED programables, variadores de velocidad, fuentes de alimentación ininterrumpida e inversores solares son cinco fuentes básicas responsables del ruido electromagnético en cada sistema eléctrico de potencia. Además, las conexiones con arcos también pueden producir ruido electromagnético, siendo una preocupación seria en relación con los problemas de calidad de energía.
El diseño correcto del cableado es tan importante para controlar el ruido como el suministro eléctrico adecuado. Esto incluye el uso de longitudes extendidas de conductores emparejados, tener conexiones neutrales compartidas, la falta de puesta a tierra e incluso la señal de entrenamiento enviándola directamente a la carga.
La tabla a continuación resume las fuentes del problema, el impacto y las acciones que se pueden tomar contra él.
| Fuente del problema | Frecuencia de inicio – Frecuencia final | Impacto | Acciones estándar |
|---|---|---|---|
| Fuentes de alimentación conmutadas y drivers LED | 20 kHz – 1 MHz | Nivel continuo bajo de ruido, posibles problemas con las comunicaciones | Filtrar en la fuente, segregar la placa. |
| Variadores de velocidad | 2 kHz – 150 kHz | Calentamiento del motor y disparo intempestivo del RCD | Usar reactancia en serie o cables de motor apantallados |
| Arco eléctrico en una conexión | Ruido que aparece en picos | Quemaduras, peligro de incendio y funcionamiento errático | Re-terminar, asegurar el torque correcto y AFDD |
| Transitorios causados por rayos y operaciones de conmutación | Transitorios que duran menos de 1 ms | Daño al equipo, estrés excesivo en el aislamiento | Usar sistemas de protección contra sobretensiones, sin filtración en esta frecuencia. |
| Distorsión armónica | 100 Hz a 2.5 kHz | Sobrecalentamiento del neutro y transformador | Usar métodos de balanceo de carga y filtros armónicos. |
Importancia del rango de frecuencia de 2 kHz a 150 kHz
Existen normas para emisiones de energía en diferentes frecuencias para los mismos dispositivos en dos rangos de frecuencia. La mayoría de las emisiones de energía en el rango de frecuencia entre 2 y 150 kHz se consideran usualmente emisiones sucias.
Para empezar, las emisiones en frecuencias inferiores a 2 kHz están reguladas por límites de distorsión armónica establecidos bajo la norma IEEE 519 en Norteamérica. Las emisiones en frecuencias superiores a 150 kHz están controladas por las normas internacionales CISPR 11 y CISPR 32. Hasta hace poco, no existía regulación para la banda de frecuencia entre 2 y 150 kHz, que incluye el uso de fuentes de alimentación conmutadas y bandas de frecuencia que causan acumulación de ruido.
Tal vacío en la regulación es responsable de la situación descrita. Si un producto cumple con todas las reglas de compatibilidad electromagnética (EMC), aún es posible que contamine el entorno dentro de la banda de frecuencia de 2 a 150 kHz. CISPR 16-1-2 proporciona el método para medir emisiones en esta banda, pero la aplicación de las normas utilizadas deja muchos productos emitiendo ruido dentro de la banda.
Por lo tanto, esto afectaría considerablemente a los ingenieros de energía de edificios, ya que el instrumento de medición utilizado generalmente se denomina analizador de calidad de energía eléctrica según IEC 61000-4-30, que es capaz de medir armónicos en el orden 50 o 63 (2.5 kHz a 3.15 kHz a 50 Hz) en lugar de requerir el uso de sonda de corriente de alta frecuencia y analizador de espectro para reportar en frecuencias más altas.
Efecto del ruido eléctrico en el equipo
Existen tres tipos de efectos, a saber, efectos térmicos, efectos funcionales y efectos en las comunicaciones, que se explicarán más adelante para no confundir estos dos últimos con los efectos térmicos en cuanto a sus costos reales para el usuario.
Efectos térmicos. El efecto piel inherente a la transmisión de señales de alta frecuencia provoca que la corriente fluya de manera desigual a través de un conductor, ya que la corriente se descarga más intensamente en la superficie, y como resultado de la energía térmica generada durante la conducción, esto puede conducir a un sobrecalentamiento excesivo en conductores que transmiten continuamente señales de alta frecuencia. También debe entenderse la influencia de las corrientes de alta frecuencia en los dispositivos capacitor, ya que es una causa principal de fallos debido a niveles excesivos de potencia.
Al implementar diseños eléctricos, es esencial que los ingenieros consideren los efectos de las corrientes de alta frecuencia en los dispositivos capacitor porque se producirá un calentamiento excesivo que resultará en fallos prematuros.
En los sistemas de comunicación por línea eléctrica, ya sean redes inteligentes o sistemas de transmisión eléctrica, la integridad de la señal debe mantenerse intacta. La presencia de ruido de alta frecuencia interferirá con el rendimiento y la efectividad del sistema, ya que se corrompe por interferencias, lo cual es un problema puramente de comunicación.
La presencia de ruido también es bastante común en otros instrumentos electrónicos, en la forma en que puede generarse a través de diversos medios. En el caso de que se produzca este ruido, no es posible atribuirlo a una ubicación física específica porque siempre es un fenómeno aleatorio.
Puede realizarse un estudio y análisis de los arcos eléctricos presentes en el sistema mismo, ya que identificará tanto una causa como un
En el caso de que un analizador de impedancia detecte eventos de interrupción en los que no se produce un tono audible, esto indica un problema en la firmeza de la conexión eléctrica más que un problema relacionado con la gestión de la carga. El dispositivo de detección de fallas por arco identifica la firma del arco en serie y dispara antes de que ocurra la ignición y, por lo tanto, es una función diferente al filtrado.
La Evidencia Respecto a las Afirmaciones de Salud
Aquí es donde el tema va más allá del campo de la ingeniería eléctrica hacia algo más accesible para una explicación general.
Ha habido una gran cantidad de información respecto a la afirmación de que la electricidad sucia causa fatiga, dolores de cabeza y alteraciones del sueño en las personas. La Organización Mundial de la Salud, a través de sus informes y otras autoridades nacionales de protección contra la radiación, ha confirmado que no existe evidencia empírica que vincule el nivel de electricidad sucia en los edificios con problemas de salud.
Un fenómeno interesante en esta área es conocido como el efecto nocebo: los pacientes afectados por esta condición expresan sus síntomas sin importar el tipo de exposición involucrada. Tal conocimiento no implica que no tengan ninguna dolencia, sino que sirve como una herramienta para asegurar el manejo adecuado de sus quejas, ya que no todos los remedios son efectivos.
Un aspecto técnico que complica el tema de salud es que la energía electromagnética de alta frecuencia sí produce calentamiento en las instalaciones de equipos y causa disparos molestos e interferencia en la comunicación. La justificación para resolver este problema de interferencia es válida basándose únicamente en eso.
Directrices Adecuadas de Medición
Si hay una pérdida de dinero a través de la medición, es principalmente porque los dispositivos de medición más confiables entregan resultados en términos de unidades arbitrarias, que son imposibles de comparar en diferentes ubicaciones o antes y después de cualquier modificación.
El primer paso de medición implica una encuesta adecuada de calidad de energía por parte de la utilidad. La utilidad utiliza equipos Clase A para recopilar información de medición de voltaje, corriente, armónicos (hasta el armónico 50), parpadeo y transitorios durante al menos una semana. Esto ayuda a identificar el problema, ya sea transitorio, armónico o de alta frecuencia, y sirve como base de comparación tanto para las utilidades como para los consultores, ya que los datos pueden considerarse válidos.
El segundo método de medición implica la medición de alta frecuencia. Si la encuesta de calidad de energía ha revelado el problema de calidad energética, entonces la fuente será el trazado del espectro en kHz usando un analizador de espectro y la sonda de corriente también es necesaria para capturar datos en 2-150 kHz.
El tercer método de medición implica la correlación con la carga. Dado que las mediciones se realizarán en el momento en que encendemos y apagamos los tableros uno tras otro, será fácil identificar las complicaciones en menos de una hora.
Pasar medidores que ofrecen lecturas en unidades ficticias no puede ser de ayuda ya que describen tanto corriente como voltaje no en términos absolutos, sino en datos ficticios.
Solución: Control de Fuente, Filtro y Puesta a Tierra
Se debe destacar la necesidad de ordenar las conclusiones. El ruido filtrado no puede detenerse una vez que el ruido es producido por la fuente, lo que conduce a costos continuos.
Control de la fuente. Utilice fuentes de alimentación reguladas de bajas emisiones y dispositivos regulados en los rangos de frecuencia especificados por sus fabricantes de 2 kHz a 150 kHz. Además, evite tener una gran acumulación de dispositivos de bajo costo en una misma placa común. Si usted es propietario de edificios nuevos, entonces esto es un problema de especificación y aún no tiene costos en este sentido.
Separación de circuitos. Asegúrese de que los grupos de circuitos de carga pesada no se mezclen con los grupos de circuitos sensibles, incluidos los circuitos ILS. Mantenga los cables y la alimentación separados, crúcelos al menos a 90 grados, evite recorridos largos de cables en paralelo tanto como sea práctico. Casi todos los problemas de interferencia electromagnética en entornos de edificios comerciales se resuelven fácilmente simplemente separando los circuitos.
Filtrado final. Filtre capacitivamente antes de la carga para mitigar la propagación de EMI a otros dispositivos en la misma placa de circuito antes de llegar a sus dispositivos ILS, pero el filtro debe cumplir con el requisito de pérdida por inserción; puede que no haya un punto de atenuación especificado en la hoja de datos si no tiene un punto específico indicado.
Aislamiento. Desde el punto de vista de aumentar la probabilidad de filtrar con éxito EMI no deseada de instrumentos de laboratorio y/o estudios de audio, los transformadores de aislamiento blindados con escudo electrostático son una buena opción a considerar cuando se trabaja con equipos eléctricos sensibles.
El tipo de dispositivo de protección que debe seleccionarse para tableros de distribución es importante, ya que puede ayudar a asegurar que la inmunidad a alta frecuencia no contribuya a disparos intempestivos en un problema de ruido existente.
Elementos clave para la especificación en el diseño de una nueva instalación
En cualquier edificio con requisitos importantes de carga electrónica, hay cinco componentes necesarios que deben incluirse en su especificación eléctrica, todos los cuales son menos costosos en la fase de diseño que en la fase de cumplimiento.
Establecer límites para la distorsión armónica (punto de acoplamiento común) utilizando una norma (generalmente IEEE 519 o similar), requiere que el consultor demuestre cumplimiento con mediciones, no con cálculos.
Utilizar paneles separados para cargas no lineales, como instalaciones de variadores, dispositivos invertidos y grandes LED, reducirá el impacto que su operación tiene sobre las cargas de instrumentación y paneles de TI, que deben estar separados entre sí.
El dimensionamiento del conductor neutro debe considerar tanto las corrientes armónicas debido a la contribución de la armónica tres que cancela sus efectos sobre la corriente neutra. Por lo tanto, la base para el conductor neutro se determinará por el tamaño de la corriente fundamental y debe considerar los efectos térmicos de las cargas colocadas en la instalación.
Se debe proporcionar prueba de puesta a tierra y pruebas de unión, como resultados de impedancia de bucle y pruebas de unión, durante el período de transición.
Los resultados de las pruebas de puesta en marcha en el rango de frecuencia de 2-150 kHz deben utilizarse como referencia para los proyectos actuales.
Finalmente, existen tipos de dispositivos de protección y distribución que existen dentro de esos paneles sobre los cuales deben comenzar las especificaciones y basarse las mediciones.
Dónde Encaja HUYU
Fabricamos interruptores automáticos, dispositivos de corriente residual y detección de fallas de arco, así como componentes eléctricos relevantes, y hay dos aspectos de la electricidad sucia que se relacionan con esta gama de productos.
El primer aspecto es la inmunidad. Un dispositivo de corriente residual que opera con fugas de alta frecuencia está funcionando como se espera en un circuito incorrecto, mientras que la diferencia entre productos radica en la cantidad de ruido que pueden soportar antes de que esto ocurra. El Instrumentos RCBO utilizados en circuitos finales tienen una clasificación específica de rendimiento en alta frecuencia y debe solicitarse en lugar de asumirse.
El segundo aspecto es proporcionar protección contra la causa en lugar del efecto. Un instrumento de detección de arco funciona con la conexión de arco que genera calor o ruido de banda ancha. El uso seguro de un interruptor automático eficiente puede garantizar que nunca ocurran sobrecargas en el circuito debido a equipos que producen ruido.
No vendemos filtros, y mencionaremos esto cada vez que se identifique ruido en lugar de protección. El suministro de electricidad limpia se logra sistemáticamente mediante el control de la fuente, el aislamiento y una puesta a tierra adecuada. Implementar un dispositivo en el tablero de distribución es solo una pieza del rompecabezas.
Preguntas Frecuentes
¿Cómo me deshago de la electricidad sucia?
Limpiar su electricidad implica eliminar frecuencias en las corrientes eléctricas generalmente asociadas con ciertos dispositivos que producen voltajes o corrientes de energía no normalmente utilizados. Cualquier dispositivo eléctrico generalmente produce algunos armónicos que pueden interferir con la calidad de energía de otros dispositivos, ya sea su computadora, refrigerador o cualquier otro electrodoméstico. En resumen, la electricidad sucia se refiere a la energía producida por dispositivos que normalmente no producirían tales armónicos.
¿Cómo puedo deshacerme de la electricidad sucia?
La eliminación completa de la electricidad sucia es imposible de lograr en la vida cotidiana, pero puede tomar medidas para eliminar sus posibles efectos negativos. Si le preocupan los problemas de salud asociados con los campos electromagnéticos, definitivamente debería pensar en el uso de teléfonos móviles, tener una conexión wi-fi en casa y hacer muchas otras cosas que afectan la electricidad.
Cuando se trata de reducir los efectos de los niveles de electricidad sucia, puede comenzar actualizando su sistema eléctrico como se indicó anteriormente, apagando cualquier dispositivo innecesario, recalibrando su sistema de transformadores, ajustando sus equipos para que consuman la menor cantidad de energía posible, es decir, asegurándose de tener una puesta a tierra adecuada y usando filtros. Finalmente, si ninguna de las opciones anteriores resulta satisfactoria, entonces no queda otra opción que llamar a un profesional.
La fuente del ruido eléctrico dominante de alta frecuencia en el suministro de voltaje y señales de corriente por encima de los armónicos se deriva principalmente de varios dispositivos, incluidos fuentes de alimentación conmutadas, controladores LED, motores de velocidad variable y extremos de inversores. El problema surge debido a que algunos usuarios han llegado a referirse a la distorsión armónica y a los transitorios como ruido eléctrico. Una de las mejores formas de entender el ruido eléctrico es comprender cómo se relaciona con la contaminación normal cuya medición no puede realizarse con ningún medidor estándar de calidad de energía.
¿Existe un mito en relación con la electricidad sucia?
La electricidad sucia es, de hecho, un problema de salud. La Organización Mundial de la Salud y los gobiernos aún no han proporcionado ninguna prueba consistente de que los niveles acumulados en los edificios sean responsables de alguna de las condiciones reclamadas. Además, tampoco se ha realizado ninguna prueba de provocación que haya confirmado que incluso individuos altamente sensibles puedan discernir si están o no expuestos a la electricidad sucia. Aunque existen pruebas de efectos en ingeniería, no hay demandas relacionadas con la salud, lo que dificulta la propagación de la verdadera declaración técnica.
Referencias
- Behler-Young – Electricidad Sucia: Qué Puede Hacer
- Schneider Electric – Energía Sucia: Qué Es y Por Qué Necesita Limpiarla
- UL Solutions – Normas de calidad de energía y dispositivos de protección
- NEMA – Equipos de distribución de baja tensión y calidad de energía
- Hitachi Energy – Calidad de Energía y Estabilidad de la Red
Conclusión
La electricidad sucia existe en el mundo de la ingeniería, pero su comercialización ha llevado a un malentendido sobre la gravedad real de los efectos de este fenómeno. La electricidad sucia produce desafíos relacionados con el ruido, pero los supuestos efectos en la salud carecen de fundamento. Cualquiera que adopte una intervención basada en una perspectiva de salud simplemente estará desperdiciando recursos en un instrumento de poco valor.
La electricidad sucia debe considerarse más como calidad de energía en la que deben ocurrir tres aspectos: mediciones adecuadas, separación correcta de otras fuentes y luego filtración. En edificios nuevos será útil asegurar que los diseños incluyan disposiciones para mediciones de distancia y dimensionamiento del neutro, ya que esto garantizará que no haya gastos innecesarios en el futuro.
