Evaluación de la calidad de la energía basada en datos en un sistema eléctrico hospitalario
| Instalación | University of Lampung Hospital, Indonesia — large university teaching hospital |
| Measurement point | Main Distribution Panel (MDP) — four datasets, high-sampling-rate electrical measurements |
| Normas aplicadas | IEEE 1159 (definitions) · CEI 61000-4-30 (measurement methods) · IEEE 519 (compliance limits) |
| Voltaje & frecuencia | COMPLIANT — stable, within nominal limits as expected from utility supply |
| Current TDD | NON-COMPLIANT — surpassed IEEE 519 límites muchas veces más |
| Voltage Unbalance Ratio | NON-COMPLIANT — exceeded permitted levels for periods longer than the standard allows |
| Factor de potencia | LAGGING — indicating reactive power losses and reduced distribution efficiency |
| Causa principal | Uncontrolled non-linear loads (SMPS, UPS, VFD, equipo de imagen) on internal distribution |
| Hallazgo clave | Utility supply was clean — all PQ problems originated inside the hospital’s own distribution system |
01 Contexto y antecedentes
Este estudio de caso presenta los hallazgos de una extensa, Evaluación de la calidad de la energía mediante parámetros múltiples realizada en el Hospital de la Universidad de Lampung en Indonesia, un gran hospital universitario que brinda servicios tanto clínicos como académicos.. El estudio de Nama, Despa, Tugiyono, y nobles (2025) representa uno de los primeros rigurosos, Evaluaciones de PQ basadas en datos en un importante centro de atención médica de Indonesia, Llenar un vacío en la literatura regional donde la mayoría de los estudios de PQ anteriores abordaban solo un parámetro en lugar de todo el espectro de perturbaciones..[1]
Los hospitales modernos se encuentran entre los entornos de calidad de energía más exigentes en cualquier sector.. La combinación de carga es al mismo tiempo altamente no lineal: fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) en computadoras y monitores, Variadores de frecuencia (VFD) en sistemas HVAC, Sistemas UPS, equipos de diagnóstico por imágenes, incluidos escáneres CT y MRI, y equipos de alta sensibilidad, con monitorización del paciente, soporte vital, e instrumentos de diagnóstico que son vulnerables a la distorsión de la forma de onda, desequilibrio de tensión, y cortes de energía.[1]
Las cargas no lineales más exigentes: diagnóstico por imagen, Sistemas UPS, balastros electrónicos: son el mismo equipo que genera la distorsión armónica que amenaza a los sensibles instrumentos clínicos conectados al mismo sistema de distribución.. El hospital es al mismo tiempo su fuente interna de perturbaciones PQ más importante y su víctima más vulnerable..
El estudio es particularmente valioso porque aplica estándares reconocidos internacionalmente en todo: IEEE 1159 para definiciones, IEC 61000-4-30 para métodos de medición, y IEEE 519 para la evaluación del cumplimiento. This makes the findings directly comparable to PQ studies in other jurisdictions and relevant to North American and European engineering practice, not only to the Indonesian context.
02 Metodología de medición
Measurement point and instrumentation
Measurements were taken at the Main Distribution Panel (MDP) — the primary point of supply distribution inside the hospital, downstream of the utility service entrance and upstream of the individual load feeders. Four datasets were acquired using high-sampling-rate electrical measurement equipment. This measurement point captures the aggregate behaviour of all hospital loads as seen from the main supply point, which is the most representative location for assessing the overall internal PQ environment.[1]
Parámetros medidos
The following power quality parameters were systematically computed from the recorded waveform data:
- Tensión y corriente trifásica. — Magnitudes RMS y formas de onda para las tres fases.
- Frecuencia — desviación del valor nominal 50 Hz
- Factor de potencia — relación entre potencia real y potencia aparente, con clasificación adelantada/retrasada
- Voltage Unbalance Ratio (NIEVE) — relación entre los componentes de voltaje de secuencia negativa y de secuencia positiva según la definición de componentes simétricos de IEC
- Distorsión armónica total de voltaje (THD-V) y corriente (THD-I)
- Distorsión de Demanda total (TDD) — el IEEE 519 métrica de cumplimiento para la distorsión actual, referenciado a la corriente de carga de demanda máxima
THD-I es la relación entre la corriente armónica y la corriente fundamental instantánea; puede parecer extremadamente alta en condiciones de carga ligera cuando la fundamental es pequeña. TDD normaliza la corriente armónica a la corriente de carga de demanda máxima del sistema. (YoLa), dando una métrica estable que refleja la carga real en la red independientemente del nivel de carga. IEEE 519 especifica los límites de TDD, no límites THD-I, Precisamente porque TDD es la cantidad que determina la distorsión de voltaje que ven todos los clientes en el mismo suministro..[2]
Patrón operativo observado
El conjunto de datos reveló una fuerte correlación positiva entre la carga eléctrica y el cronograma operativo del edificio.. Las cargas de corriente máxima ocurrieron consistentemente en días laborables entre 06:30 y 17:30 (lunes a viernes), con un marcado descenso los fines de semana. Este patrón es importante para la evaluación de PQ.: distorsión armónica, desequilibrio de tensión, y el factor de potencia varían según la composición de la carga., y una sola medición instantánea no capturaría toda la gama de condiciones que experimenta el sistema de distribución..[1]
03 Hallazgos clave
Resumen de la evaluación del cumplimiento
| Parámetro | Estándar / Límite | Resultado observado | Conformidad |
|---|---|---|---|
| Tensión de alimentación: magnitud | Dentro de límites nominales | Estable: media dentro del rango nominal | COMPLIANT |
| Frecuencia | 50 Hz ± tolerancia | Estable: compatible con un buen suministro de servicios públicos | COMPLIANT |
| Voltage Unbalance Ratio (NIEVE) | EN 50160: ≤ 2% para 95% de semana | Nivel permitido excedido por períodos que exceden la provisión de la norma | NON-COMPLIANT |
| Current TDD | IEEE 519: El límite depende de mí.SC/YoLa relación | IEEE superado 519 límites muchas veces más | NON-COMPLIANT |
| Factor de potencia | Idealmente ≥ 0.90 rezagado | Algo retrasado, lo que indica pérdidas de potencia reactiva | MARGINAL |
| Measurement point: Main Distribution Panel (MDP). Normas: IEEE 1159 / IEC 61000-4-30 / IEEE 519. Fuente: Nama et al. (2025).[1] | |||
Distorsión armónica: el problema dominante
La distorsión armónica actual fue el hallazgo más significativo.. TDD en el MDP superó al IEEE 519 Valores recomendados por un amplio margen.. Esto es consistente con la combinación de carga en un hospital moderno.: SMPS en computadoras, monitores, e iluminación LED; Sistemas UPS; VFD en HVAC; y equipos de diagnóstico por imágenes de alta potencia: todos son cargas no lineales que inyectan corrientes armónicas en el sistema de distribución interno.. La literatura cita un caso reportado en el que una máquina de radiografía por sí sola produjo una THD actual que excedió 100%.[1]
Tercera, noveno, y corrientes armónicas del decimoquinto (triplen - múltiplos impares de 3) son cantidades de secuencia cero. En un sistema trifásico suman aritméticamente en el conductor neutro en lugar de cancelar. Un hospital con alta densidad de cargas SMPS monofásicas: computadoras, monitores, Fuentes de alimentación LED: pueden producir corrientes neutras que superan significativamente la corriente del conductor de fase. Un conductor neutro dimensionado en 100% de ampacidad de fase (el valor predeterminado heredado) es insuficiente para esta condición y se sobrecalentará silenciosamente sin activar ningún dispositivo de sobrecorriente. Este es un riesgo de incendio además de un problema de PQ..
Desequilibrio de voltaje
Voltage unbalance exceeded permitted levels for durations beyond what the standard allows. en un hospital, this is particularly consequential because three-phase motor loads — HVAC compressors, ventiladores, pumps — are sensitive to negative-sequence voltage. A voltage unbalance of 2% can produce rotor current unbalance of 6–10 times the voltage unbalance factor, with corresponding additional heating and accelerated insulation ageing. HVAC reliability is directly linked to patient comfort and infection control — a consequence that extends well beyond the electrical engineering domain.
Factor de potencia
The lagging power factor indicates that the distribution system is supplying reactive power to inductive loads — predominantly motor loads and UPS systems — without local reactive compensation. Un factor de potencia retrasado aumenta la corriente aparente en los conductores de distribución y transformadores para una demanda de potencia real determinada., aumentando las pérdidas I²R y reduciendo la capacidad efectiva del sistema de distribución.
04 Análisis de causa raíz
La utilidad no fue el problema.
Las mediciones de voltaje y frecuencia en el MDP fueron estables y dentro de los límites nominales, consistentes con un suministro de servicios públicos bien regulado.. Los problemas de PQ observados fueron enteramente de origen interno.: generado por las cargas no lineales propias del hospital, circulando por las impedancias de distribución internas propias del hospital, y afectando los equipos sensibles del propio hospital. La empresa de servicios públicos entregó un suministro limpio. Las cargas internas del hospital lo degradaron.
Este es el hallazgo central, y es consistente con la estadística de campo de Fluke citada en el estudio de caso de IPQDF 01: La mayoría de los problemas de PQ en los centros de salud se originan dentro del centro.. El límite de cumplimiento del medidor de servicios públicos es el lugar equivocado para buscar la fuente de problemas internos del equipo..
Concentración de carga no lineal
Los hospitales modernos tienen una densidad excepcionalmente alta de cargas no lineales por unidad de superficie en comparación con otros tipos de edificios.. Cada monitor de paciente, cada controlador de bomba de infusión, cada estación de trabajo informática, cada luminaria LED, y cada sistema UPS es una fuente de corriente armónica. A diferencia de las instalaciones industriales donde las cargas no lineales se concentran en áreas de producción definidas, Las cargas no lineales del hospital se distribuyen en cada sala., cada corredor, cada oficina administrativa, y cada sala de diagnóstico, conectada al mismo sistema de distribución que el equipo clínico más sensible.
La fuerte correlación entre los problemas de PQ y las horas de funcionamiento (pico entre semana 06:30-17:30) le dice al ingeniero exactamente qué buscar: las fuentes armónicas son los equipos que se encienden durante el horario clínico — diagnóstico por imágenes, seguimiento del paciente, cargas del quirófano. La reducción del fin de semana confirma que el entorno armónico básico de las cargas siempre encendidas (refrigeración, iluminación de emergencia, sistemas de seguridad) es manejable; es la carga clínica la que impulsa el MDP sobre el IEEE 519 límite de TDD.
05 Recomendaciones
Los autores del estudio identificaron las siguientes medidas de mitigación como prioridades:[1]
- Filtrado activo de armónicos (AHF) — cancelación adaptativa de corrientes armónicas en el MDP o en alimentadores de carga individuales. AHF se adapta a los cambios en la composición de la carga a lo largo del día clínico, haciéndolo muy adecuado para el entorno armónico variable de un hospital
- Ecualización de carga entre fases — redistribución sistemática de cargas monofásicas entre las tres fases para reducir el desequilibrio de tensión en el MDP
- Compensación de energía reactiva — banco de condensadores local o compensación reactiva activa para mejorar el factor de potencia y reducir las pérdidas en los conductores
- Revisión del tamaño del conductor neutro. — evaluación de la carga de corriente del neutro armónico triple en todo el sistema de distribución, con ampliación cuando sea necesario
- Monitoreo continuo basado en IoT — sistema de monitoreo de PQ en tiempo real en el MDP y en paneles de subdistribución clave, Proporcionar una alerta temprana sobre el desarrollo de problemas armónicos antes de que ocurra una falla en el equipo.
Una encuesta PQ única captura una instantánea. El entorno de PQ de un hospital cambia con cada turno, cada temporada, y cada adición de equipo. La correlación entre el cronograma operativo y la carga armónica demostrada en este estudio es un fuerte argumento a favor del monitoreo permanente en el MDP, no un estudio periódico.. El costo de un sistema de monitoreo es una fracción del costo de una falla en el equipo de diagnóstico causada por un mal funcionamiento del control inducido por armónicos..
06 Perspectiva de la calidad de la energía
Este estudio es una demostración de libro de texto de la paradoja del cumplimiento descrita en la descripción técnica del IPQDF sobre la calidad de la energía.. El suministro de servicios públicos cumplió. IEEE 519 en el PCC no habría demostrado nada malo. Sin embargo, dentro del hospital, TDD estaba excediendo IEEE 519 límites por un amplio margen, el desequilibrio de voltaje estaba fuera de especificación, y el factor de potencia estaba retrasado: todas condiciones que amenazan directamente la confiabilidad del equipo clínico y la seguridad del sistema de distribución..
Con experiencia en ingeniería de servicios públicos, el hallazgo no es sorprendente. Los ingenieros de servicios públicos saben que el PCC es un límite contractual y metrológico., no es un límite de protección para el equipo interno del cliente. Un suministro limpio en el medidor se convierte en un suministro distorsionado dentro de la instalación en el momento en que se energizan las cargas no lineales propias de la instalación.. El grado de distorsión depende de la impedancia interna del sistema de distribución, que, a diferencia de la red de servicios públicos, no está diseñado para absorber grandes corrientes armónicas sin distorsión de voltaje.
Este estudio de Indonesia es representativo de un hallazgo que se repite en todas las evaluaciones de PQ de los centros de atención médica en la serie de estudios de casos del IPQDF.: la empresa de servicios públicos ofrece un suministro limpio; el hospital lo degrada internamente. La respuesta de ingeniería no es exigir una mejor calidad del suministro de servicios públicos, sino realizar una auditoría interna de EMC., medir en terminales de equipos en lugar de en la entrada de servicio, y abordar las fuentes de armónicos y las deficiencias del sistema de distribución que los estándares de servicios públicos nunca fueron diseñados para controlar.. Las auditorías EMC dentro de las instalaciones son valiosas. La recuperación es rápida, especialmente en el sector sanitario, donde el costo de una falla en un instrumento de diagnóstico o un incendio en un conductor neutro puede eclipsar el costo de la auditoría y la mitigación combinados.
Referencias
- Nombre de Forda persistente, Dikpride Despa, Tugiyono, Noble. “Evaluación basada en datos de la calidad de la energía en sistemas eléctricos hospitalarios: Estudio de caso de la Universidad de Lampung, Indonesia.” Revista Internacional de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, vuelo. 12, no. 12, pp. 104–116, 2025. DOI: 10.14445/23488379/IJEEE-V12I12P108. Acceso abierto bajo CC BY-NC-ND 4.0.
- IEEE Std 519-2022. Estándar IEEE para control de armónicos en sistemas de energía eléctrica. IEEE, Nueva York, Nueva York, 2022.
- IEEE Std 1159-2019. Práctica recomendada por IEEE para monitorear la calidad de la energía eléctrica. IEEE, Nueva York, Nueva York, 2019.
- IEC 61000-4-30:2015+AMD1:2021. Compatibilidad electromagnética (EMC) - Parte 4-30: Métodos de medición de calidad de potencia. IEC, Ginebra.
Este estudio de caso se basa en un artículo de investigación de acceso abierto publicado bajo CC BY-NC-ND. 4.0:
nombre de novia, Despa D, Tugiyono, Noble S.. “Evaluación basada en datos de la calidad de la energía en sistemas eléctricos hospitalarios: Estudio de caso de la Universidad de Lampung, Indonesia.” Revista Internacional de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, 12(12), 104–116, 2025.
DOI: 10.14445/23488379/IJEEE-V12I12P108 · Leer el artículo original →
Este estudio de caso se presenta en forma de resumen y comentario con fines educativos bajo los términos de acceso abierto de la publicación original. (CC BY-NC-ND 4.0). La sección Perspectiva PQ (Sección 6) representa el comentario editorial de IPQDF de Denis Ruest, Maestría en Ciencias. (Aplicado), P.Eng. (retirado.). IPQDF no reivindica la autoría de la investigación original.