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En los tiempos que corren, que tan importante es para el medio ambiente y nuestra economía; no emitir CO2, ahorrar en la factura de suministro eléctrico, disminuir el consumo de combustibles fósiles, etc. Estamos en una lucha constante por tener electrodomésticos con un bajo consumo, iluminación LED, vehículos eléctricos, etc.

Todo ello es positivo, y es el camino, en parte correcto para el fin que se propone Europa en la reducción de emisiones de CO2. Aunque no quisiera entrar en polémicas; ¿Quién nos habla de lo que contamina la industria cárnica, el desperdicio de alimento, el consumismo, la especulación con los derechos de emisión de CO2 y la famosa obsolescencia programada? Quizás desde la antigua EGB tenían que empezar a educarnos… Estos temas darían mucho que hablar, pero no es la finalidad de este artículo y parece que tampoco les interesa a los Estados hacernos conscientes de que el sistema económico y la “moderna sociedad” no es precisamente compatible con un mundo verde y ecológico.

En fin, el tema que queremos tratar son los efectos secundarios que causan a la red eléctrica la búsqueda de la eficiencia energética y cuál es la base eléctrica/electrónica de esta eficiencia, además de prevenir en nuestros hogares y negocios (sobre todo el sector restauración) de estos efectos molestos que cada vez se nos están dando más a los electricistas cuando nos llaman para solucionar averías intermitentes.

¿Cuál es la base tecnológica de la eficiencia energética en equipos electrónicos y electrodomésticos hoy en día?

Son dos, principalmente teniendo en cuenta que todos los equipos electrónicos, electrodomésticos e iluminación LED necesitan transformar la corriente que nos llega a casa desde el suministro eléctrico:

  • Los sistemas inverter (inversores de alimentación, variadores de frecuencia para rotación de motores, etc). Estos son dispositivos electrónicos que sirven para reducir el consumo; desde para un simple motor; de una lavadora, aire acondicionado, nevera, hasta para el cargador y motor de un vehículo eléctrico. Todos estos equipos con tecnología Inverter utilizan sistemas PWM que tratamos en el apartado siguiente y que es la base de algunos problemas en la Red Eléctrica y que nos perjudican a todos.
  • Tecnología de las fuentes de alimentación PWM o conmutadas (modulación por ancho de pulso). Antes nuestros dispositivos electrónicos usaban fuentes de alimentación denominadas lineales con transformadores de núcleo de hierro.

Aquellos transformadores que eran pesados, fabricados con chapas de hierro y largos bobinados de cobre (principal motivo por el que los equipos electrónicos antes pesaban más, además de llevar tecnología analógica con componentes más pesados y menos eficientes).

Estos transformadores/fuentes eran poco eficientes (40 – 60% de eficiencia) pero duraban toda la vida, eran fiables y fáciles de reparar, además al trabajar a la misma frecuencia (50 Hercios/Hz con onda senoidal) de la RED ELECTRICA no producían los armónicos /distorsiones (Fig.9,10 y 11) y por ello tampoco las averías de saltos intempestivos de diferenciales que tenemos hoy en día en instalaciones eléctricas, ni problemas a las centrales de suministro. Mayormente en zonas donde la central transformadora de suministro de la red eléctrica es antigua o está muy cargada de dispositivos PWM (sobre todo si estos son de mala calidad, consumen mucha potencia y por no tener buenos filtros EMI, que trataremos más adelante)

A continuación, explicamos la base de las fuentes de alimentación PWM para que se entienda en que basan su funcionamiento, su eficiencia energética (más del 85%), como producen distorsiones en la red de suministro y porque esto nos afecta en las instalaciones eléctricas y a la Red de suministro:

Un transformador con núcleo de hierro (Fig.1 como los antiguos) no es capaz de ser eficiente porque trabaja a baja frecuencia (menor a 100 Hercios de forma senoidal), porque disipa mucha energía en forma de calor, porque se pierde flujo magnético a su alrededor, son voluminosos y pesados.

Sin embargo, un transformador con núcleo de Ferrita (Fig.1 es la base del sistema PWM en donde el núcleo está fabricado con una pasta especial compuesta principalmente por Ferritas de diferentes cualidades) es todo lo contrario; desperdicia muy poca energía en calor pierde poco flujo magnético y para la misma potencia puede ser hasta 30 veces más ligero…

Fig. 1.  Transformador de la izquierda de núcleo de hierro de 280 vatios. Transformador de la derecha con núcleo de ferrita de 300 vatios.

Fig.2. Se aprecia que el transformador con núcleo de hierro para 280 vatios de Potencia pesa 2,8 kg.

Fig.3. Se aprecia que el transformador con núcleo de ferrita para 300 vatios pesa apenas 83 gramos.

Fig.4. Algunos equivalentes. A la izquierda los trasformadores con núcleo de hierro y a la derecha los de Ferrita.

Fig.5. Comparación de dos fuentes de alimentación para la misma potencia con su electrónica. A la izquierda Fuente D.C lineal. A la derecha Fuente D.C conmutada PWM.

¿Genial no? Sí, pero este transformador de Ferrita no puede trabajar con la frecuencia de la Red Eléctrica (50 Hercios/Hz. onda Senoidal), necesita una frecuencia de miles de Hercios (normalmente trabajan entre 30.000 – 50.000 Hercios/30khz-50khz donde no se respeta una forma de onda concreta y limpia) y para ello necesitan de un circuito electrónico que produzca esa frecuencia con los recursos directos que le llegan de la Red Eléctrica, además de no ser tan fiables a la larga como los transformadores con núcleo de hierro debido a su mayor electrónica y obsolescencia.

El inconveniente está aquí, en que estos circuitos electrónicos al hacer esa transformación de la red de 50Hz a 30.000 Hz (como mínimo) por diferentes motivos técnicos tiende a retornar esta alta frecuencia y pulsos de corriente continua hacia la Red Eléctrica de baja frecuencia que usamos todos.

Para evitar este retorno de alta frecuencia (armónicos en la Red) se usan o deberían usar dentro de esos dispositivos electrónicos unos filtros denominados EMI (filtro de interferencia electromagnética) que minimiza bastante esas distorsiones en la red (aunque nos las eliminan del todo).

Pero el problema que estamos teniendo hoy en día es que con la lucha de precios en productos debido a la competitividad y consumismo adquirimos productos de baja calidad, que tienen filtros EMI muy deficientes o inexistentes.

Fig.6. Filtro EMI de buena calidad. Se aprecian las tres bobinas para reducción de armónicos y 3 condensadores. (Generalmente los filtros de los equipos que compramos solo tienen una bobina).

Fig.7. Filtro EMI poco eficiente y el que llevan la mayoría de los equipos electrónicos (solo una bobina).

Fig.8. Fuentes de alimentación PWM de luminarias Led en las que para abaratar costes les instalan EMI ineficientes.

Estos armónicos hacen saltar los disyuntores diferenciales en cuadros eléctricos sin motivos aparentes (como normalmente eran antes de las PWM; humedad, electrodomésticos averiados, instalaciones defectuosas, etc.) y debido a que los disyuntores diferenciales (mayormente de clase AC) que tenemos instalados en las viviendas no están diseñados para estas distorsiones armónicas y altas frecuencias en la Red. Por ello en muchos casos hay que sustituirlos por los de clase A, B o F. También llamados comúnmente “diferenciales súper inmunizados” (En Alemania, Bélgica está prohibido por normativa la instalación de los diferenciales clase AC, mínimo instalan clase A).

Fig.9. Analizamos la onda senoidal de 50 Hercios en osciloscopio y apreciamos la distorsión en los trazos y sobre todo en los picos que tienen una distorsión de onda por la componente de corriente continua.

Fig.10. Ampliando en el osciloscopio un tramo de la señal senoidal de la Red Eléctrica se aprecia en la línea ascendente como esta no es una línea limpia sino llena de armónicos (formas triangulares). También se aprecia como la parte alta de la onda no es curvada sino que esta recortada por una línea recta debido a las cargas en la Red de equipos electrónicos y componente de corriente continua. Esto ira a peor cuando la Red se valla cargando de sistemas PWM y sobre todo de vehículos eléctricos.

Fig.11. Otro análisis de la onda senoidal con la cresta recortada, donde no hay trazos limpios y se aprecian las distorsiones armónicas de alta frecuencia sobre todo a izquierda y derecha.

Por todo esto que explicamos, pensamos que es conveniente adquirir equipos de buena calidad, luminarias Led de marcas reconocidas y medir los armónicos que le llegan a su instalación eléctrica para prevenir posibles averías.

En Elecktia hacemos las medidas reglamentarias en su instalación eléctrica para diagnosticar y/o prevenir averías:

  • Medida de resistencia de puesta a tierra
  • Medida de Fuga y disyuntor diferencial
  • Medida de aislamiento eléctrico.
  • Medida de consumo en intensidad y Factor de potencia.
  • Medida de armónicos en la Red.

Además de este inconveniente que produce en forma de avería casual o intermitente en nuestra instalación eléctrica estos equipos PWM con filtros EMI deficientes, que son muchos, los cargadores de vehículos eléctricos consumen bastante al llevar dispositivos PWM muy potentes y en el momento de carga producen una cantidad considerable de armónicos además de que hace descender una magnitud denominada Factor de Potencia (coseno de phi).

Cuando esta desequilibrada el Factor de Potencia la compañía eléctrica nos penaliza económicamente porque este desequilibrio les produce pérdidas económicas en sus centrales eléctricas, lo que se traducirá en aumentos de mantenimiento y precios más elevados de energía, si aún cabe más y para todos.

Pero nadie nos lo dice¡¡, ya veremos cuando el 30% – 50% de la población tenga vehículo eléctrico, a ver quién va a pagar el mantenimiento y modernización de la Red Eléctrica, mientras, los que se adelanten a la masificación tendrán muchas ventajas a la hora de adquirir un vehículo eléctrico, aunque aún están a precios/autonomías poco competitivas debido a que las baterías aún tienen poca densidad energética.

Por este motivo en el REBT (reglamento electrotécnico para baja tensión) nos han ido modificando las normativas con respecto a las instalaciones eléctricas de puntos de recarga de vehículo eléctrico con respecto a los disyuntores diferenciales. Primero (hace unos años) se obligaba a instalar un diferencial Tipo A como mínimo (podía ser también el F o el B que son de cualidades superiores respectivamente). Ahora se nos recomienda instalar un tipo F o B y nos obligan a que el que instalemos sea rearmable (si se baja por problemas de armónicos o fugas se vuelve a subir automáticamente). Todo ello para garantizar la carga del vehículo en nuestra ausencia y que si en el proceso de carga del vehículo nosotros o la Red Eléctrica produce una cantidad de armónicos superior a la curva de tolerancia del diferencial este se rearme.

Ya las propias normativas nos están adelantando el Futuro y los aumentos de precios en la energía, y no solo por los impuestos por emisión de CO2 ,la reducción en consumo de combustibles fósiles, intermitencia de las energías renovables, precios del gas volátiles, etc. Sino por lo que las eléctricas se verán obligadas a subir precios debido a que estamos contaminando la Red Eléctrica con armónicos y desequilibrios en el Factor de Potencia que a ellos les obliga a tener pérdidas y repercutírnoslas a todos.