Informe técnico de calidad de red

Resumen ejecutivo

Se analiza la calidad de red de un gimnasio urbano con abundancia de cargas electrónicas: máquinas de cardio, luminarias LED, climatización y equipos auxiliares. A partir de montajes lineales y no lineales de laboratorio se estudian la distorsión armónica, la reactiva capacitiva y el desequilibrio entre fases, para terminar proponiendo un dictamen técnico y medidas de mejora realistas.

1. Introducción

El caso-cliente asignado corresponde a un gimnasio urbano de tres plantas con gran presencia de electrónica de potencia: máquinas de cardio, drivers LED, climatización y equipos auxiliares. El cliente indica un aumento aproximado del 18 % en la factura eléctrica sin un incremento claro del uso, lo que hace sospechar de un problema de calidad de red.

Desde el punto de vista técnico, la instalación presenta tres focos principales de estudio:

• THD elevado por acumulación de pequeñas cargas SMPS.
• Reactiva capacitiva asociada a filtros de entrada y funcionamiento en baja carga.
• Desequilibrio entre fases y sobrecarga del neutro, especialmente cuando varias cargas monofásicas se concentran en una sola fase.

El objetivo del trabajo es explicar estos fenómenos a partir de los montajes de laboratorio y justificar técnicamente qué puede estar ocurriendo en la instalación real del gimnasio.

2. Objetivos

• Analizar el comportamiento de una red trifásica con cargas lineales, asimétricas y no lineales.
• Medir tensiones de fase, corrientes de fase y corriente de neutro.
• Comparar la información proporcionada por PicoScope y por MyeBox.
• Identificar armónicos dominantes y su influencia sobre el neutro.
• Estudiar el efecto de una carga RC sobre el factor de potencia y la reactiva capacitiva.
• Relacionar los resultados con el sobrecoste observado en el caso del gimnasio.
• Elaborar un dictamen final con propuestas de mejora priorizadas.

3. Instrumentación empleada

3.1. Banco Lucas-Nülle CO3209-8L

Es el panel didáctico principal de la práctica. Permite montar escenarios de calidad de red con cargas lineales y no lineales: resistencias, rectificación, filtros y medida de corriente mediante shunt. Sobre este equipo se reproducen los comportamientos eléctricos que después se interpretan para el caso real del cliente.

3.2. PicoScope

El PicoScope se utiliza para observar la señal en el dominio temporal y para aplicar FFT. Es especialmente útil para ver deformaciones, picos de corriente, desfases y transitorios rápidos.

3.3. Circutor MyeBox 1500

El MyeBox es un analizador de redes orientado a medida global y normativa. Proporciona valores RMS agregados, potencias, factor de potencia y parámetros de calidad de red que sirven para diagnosticar una instalación real.

3.4. Uso combinado de los instrumentos

Ambos equipos son complementarios: el PicoScope permite ver cómo es la señal en un instante, mientras que el MyeBox permite valorar cómo se comporta globalmente la instalación.

4. Fundamento teórico

4.1. Carga simétrica y carga asimétrica

En una red trifásica ideal, si las cargas en las tres fases son iguales, las corrientes de fase se compensan y la corriente de neutro es prácticamente nula. Cuando las cargas dejan de ser iguales, aparece una corriente de retorno por el neutro. En una instalación como un gimnasio esto es habitual, porque las máquinas y servicios no trabajan siempre de manera uniforme en las tres fases.

4.2. Cargas no lineales y armónicos

Una carga no lineal no absorbe una corriente senoidal, aunque la tensión de entrada sí lo sea aproximadamente. Rectificadores, fuentes conmutadas y electrónica de potencia generan corrientes a impulsos, introduciendo armónicos en la instalación. En esta práctica destacan especialmente los armónicos impares, sobre todo el 3º, 5º y 7º. Los armónicos triples son críticos porque pueden sumarse en el neutro y aumentar su corriente incluso cuando la carga aparente parece moderada.

4.3. Reactiva capacitiva y carga RC

Una carga RC es una combinación de resistencia (R) y condensador (C). En muchas cargas modernas, especialmente las electrónicas, aparecen condensadores de entrada que pueden hacer que la corriente se adelante a la tensión. Ese comportamiento se interpreta como reactiva capacitiva.

4.4. Factor de potencia

Cuando hay armónicos, el factor de potencia total no coincide necesariamente con el simple cos φ. Por ello, una instalación puede parecer correcta desde un punto de vista básico y, sin embargo, presentar pérdidas y sobrecostes por distorsión.

5. Desarrollo experimental

5.1. Ensayo 1: carga simétrica en estrella

Se parte de un estado base con cargas resistivas equilibradas. En este escenario las tensiones se miden entre L1-N, L2-N y L3-N, las corrientes de fase son similares y la corriente de neutro es muy reducida. Este ensayo sirve como referencia para comparar el resto de montajes.

5.2. Ensayo 2: carga RC sobre fase única

Se monta una rama R-C sobre una fase para simular el comportamiento de filtros electrónicos y cargas con componente capacitiva. La tensión se mide entre fase y neutro, mientras que la corriente se obtiene en el shunt. En el osciloscopio se espera observar un adelanto de la corriente respecto a la tensión.

5.3. Ensayo 3: múltiples SMPS en paralelo

Para representar el efecto de muchas pequeñas fuentes conmutadas, se emplea un montaje compuesto por fase, shunt y puente rectificador, con una carga en continua formada por condensador y resistencia en paralelo. En este ensayo la corriente deja de ser senoidal y aparecen picos estrechos cerca de los máximos de tensión, un comportamiento típico de las SMPS.

5.4. Ensayo 4: reparto asimétrico de cargas

Se estudia un escenario representativo del gimnasio: una fase con carga no lineal, otra fase con carga lineal resistiva y una tercera fase sin carga o con carga reducida. Las consecuencias principales son el desequilibrio de corrientes de fase y el aumento de la corriente en el neutro.