electricidad de la red

La electricidad de la red , la energía de servicios públicos , la energía de la red eléctrica , la energía doméstica , la energía de pared , la corriente doméstica ^{[ 2 ]} o, en algunas partes de Canadá, la energía hidroeléctrica , es un suministro de energía eléctrica de corriente alterna (CA) de uso general . Es la forma de energía eléctrica que se suministra a hogares y empresas a través de la red eléctrica en muchas partes del mundo. Las personas usan esta electricidad para alimentar artículos cotidianos (como electrodomésticos, televisores y lámparas) enchufándolos a una toma de corriente.

El voltaje y la frecuencia de la energía eléctrica varían según la región. En gran parte del mundo, se utiliza un voltaje (nominal) de 230  voltios y una frecuencia de 50 Hz. En Norteamérica , la combinación más común es de 120 V y una frecuencia de 60 Hz. Existen otras combinaciones contempladas en el Código Eléctrico Nacional (NEC) , como 240 V o 208 V a 60 Hz. Los aparatos portátiles de los viajeros pueden quedar inoperativos o dañados por el suministro eléctrico extranjero. Los enchufes y tomas de corriente no intercambiables en diferentes regiones ofrecen cierta protección contra el uso accidental de aparatos con requisitos de voltaje y frecuencia incompatibles.      

En Estados Unidos, la electricidad que recibe un edificio se denomina servicio eléctrico, y lo que sale de un enchufe se indica por su voltaje, como 120 o 240. ^{[ 3 ]} A veces se puede indicar por su número de fases, como trifásico . ^{[ 4 ]}

En el Reino Unido, la red eléctrica se suele denominar "la red".

Más de la mitad de la energía en Canadá es hidroeléctrica , y en algunas regiones del país a la electricidad de la red se la suele llamar "hidro". Esto también se refleja en los nombres de empresas de servicios eléctricos actuales e históricas, como Hydro-Québec , BC Hydro , Manitoba Hydro , Hydro One (Ontario) y Newfoundland and Labrador Hydro . ^{[ 5 ]}

En todo el mundo, existen muchos sistemas de alimentación eléctrica diferentes para el funcionamiento de electrodomésticos y sistemas de iluminación domésticos y comerciales ligeros. Los diferentes sistemas se caracterizan principalmente por:

• Voltaje
• Frecuencia
• Enchufes y tomas de corriente (receptáculos o tomas de corriente)
• Sistema de puesta a tierra (conexión a tierra)
• Protección contra daños por sobrecorriente (por ejemplo, debido a un cortocircuito), descargas eléctricas y riesgos de incendio.
• Tolerancias de los parámetros.

Todos estos parámetros varían según la región. Los voltajes suelen estar entre 100 y 240 V (siempre expresados ​​como voltaje eficaz ). Las dos frecuencias más comunes son 50 Hz y 60 Hz. Actualmente, lo más frecuente es el uso de energía monofásica o trifásica , aunque a principios del siglo XX se utilizaban sistemas bifásicos. Los enclaves extranjeros, como grandes plantas industriales o bases militares en el extranjero, pueden tener un voltaje o frecuencia estándar diferente al de las zonas circundantes. Algunas áreas urbanas pueden utilizar estándares distintos a los del campo circundante (por ejemplo, en Libia). Las regiones en un estado de anarquía efectiva pueden carecer de una autoridad eléctrica central, y el suministro eléctrico proviene de fuentes privadas incompatibles.   

Antiguamente se utilizaban muchas otras combinaciones de voltaje y frecuencia, con frecuencias entre 25  Hz y 133  Hz y voltajes de 100  V a 250  V. La corriente continua (CC) ha sido sustituida por la corriente alterna (CA) en los sistemas de alimentación pública, pero la CC se utilizó especialmente en algunas zonas urbanas hasta finales del siglo XX. Las combinaciones modernas de 230  V/50  Hz y 120  V/60  Hz, recogidas en la norma IEC 60038 , no se aplicaban en las primeras décadas del siglo XX y aún no son universales. Las plantas industriales con alimentación trifásica tendrán voltajes diferentes y más altos instalados para equipos de gran tamaño (y enchufes y tomas de corriente diferentes), pero los voltajes comunes que se indican aquí todavía se encuentran para la iluminación y los equipos portátiles.

La electricidad se utiliza para iluminación, calefacción, refrigeración, motores eléctricos y equipos electrónicos. La Administración de Información Energética de EE. UU. (EIA) ha publicado:

Consumo de electricidad del sector residencial de EE. UU. por principales usos finales en 2021 ^{[ 6 ]}

^1. Incluye televisores, decodificadores, sistemas de cine en casa, reproductores de DVD y consolas de videojuegos.

^2. Incluye ordenadores de sobremesa y portátiles, monitores y equipos de red.

^3. No incluye el calentamiento del agua.

^4. Incluye pequeños aparatos eléctricos, elementos calefactores, luces exteriores, parrillas para exteriores, calentadores para piscinas y spas, generadores eléctricos de respaldo y motores no mencionados anteriormente. No incluye la carga de vehículos eléctricos.

Los aparatos electrónicos, como ordenadores o televisores, suelen utilizar un convertidor de CA a CC o un adaptador de CA para su alimentación. Este dispositivo suele ser compatible con un amplio rango de voltaje y con las frecuencias de alimentación más comunes. Otras aplicaciones de CA, en cambio, suelen tener rangos de entrada mucho más restringidos.

Los aparatos portátiles utilizan corriente eléctrica monofásica, con dos o tres contactos cableados en cada toma de corriente. Dos cables (neutro y fase/activo) transportan la corriente para el funcionamiento del dispositivo. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Un tercer cable, que no siempre está presente, conecta las partes conductoras de la carcasa del aparato a tierra. Esto protege a los usuarios de descargas eléctricas si las partes internas con corriente entran en contacto accidentalmente con la carcasa.

En el norte y centro de Europa, el suministro eléctrico residencial suele ser  trifásico de 400 V, lo que proporciona 230  V entre cualquier fase y el neutro. El cableado doméstico puede ser una combinación de circuitos trifásicos y monofásicos, pero el uso residencial trifásico es poco común en el Reino Unido. Los electrodomésticos de alta potencia, como cocinas , calentadores de agua y herramientas eléctricas domésticas de gran potencia, como las cortadoras de leña, pueden alimentarse con la  red eléctrica trifásica de 400 V.

Los pequeños aparatos eléctricos portátiles se conectan a la red eléctrica mediante cables flexibles con enchufe, que se inserta en una toma de corriente fija. Los aparatos eléctricos domésticos e industriales de mayor tamaño pueden estar conectados permanentemente al cableado fijo del edificio. Por ejemplo, en las viviendas norteamericanas, un aire acondicionado portátil de ventana se conecta a una toma de corriente de pared, mientras que el sistema de aire acondicionado central de toda la casa se conecta de forma permanente. Se utilizan combinaciones de enchufe y toma de corriente de mayor tamaño para equipos industriales que manejan corrientes, voltajes o energía eléctrica trifásica de mayor intensidad.

La mayor parte de la población mundial (Europa, África, Asia, Australia, Nueva Zelanda y gran parte de Sudamérica ) utiliza una tensión de alimentación que se encuentra dentro del 6 % de los 230  V. En el Reino Unido ^{[ 11 ]} , la tensión de alimentación nominal es de 230  V +10 %/−6 % para tener en cuenta que la mayoría de los transformadores todavía están configurados a 240  V. El  estándar de 230 V se ha generalizado, de modo que  los equipos de 230 V se pueden utilizar en la mayor parte del mundo con la ayuda de un adaptador o cambiando el enchufe del equipo al estándar del país específico.

Estados Unidos y Canadá utilizan una tensión de suministro de 120  voltios ± 6%. Japón, Taiwán, Arabia Saudita, Norteamérica , Centroamérica y algunas partes del norte de Sudamérica utilizan una tensión entre 100  V y 127  V. Sin embargo, la mayoría de los hogares en Japón cuentan con sistemas eléctricos bifásicos, al igual que Estados Unidos, que pueden suministrar 200  V mediante inversión de fase simultánea. Brasil es un caso atípico, ya que cuenta con sistemas de 127  V y 220 V a 60 Hz y permite el uso de enchufes y tomas de corriente intercambiables. ^{[ 12 ]}  

Arabia Saudita y México cuentan con sistemas de voltaje mixto; en edificios residenciales y comerciales ligeros, ambos países utilizan 127  voltios, mientras que en aplicaciones comerciales e industriales se emplean 220  voltios a 60 Hz. El gobierno saudí aprobó en agosto de 2010 planes para la transición del país a un sistema  totalmente de 230/400 voltios a 60 Hz. ^{[ 13 ]} 

El primer suministro público de electricidad del mundo fue un sistema accionado por una rueda hidráulica construido en la pequeña ciudad inglesa de Godalming en 1881. Era un sistema de corriente alterna (CA) que utilizaba un alternador Siemens y suministraba energía tanto para el alumbrado público como para los consumidores a dos voltajes: 250  V para lámparas de arco y 40  V para lámparas incandescentes. ^{[ 21 ]}

La primera central eléctrica a gran escala del mundo —la central de vapor de Thomas Edison en el viaducto de Holborn , en Londres— comenzó a funcionar en enero de 1882, suministrando corriente continua (CC) a 110 V. ^{[ 22 ]} La central del viaducto de Holborn se utilizó como prueba de concepto para la construcción de la mucho más grande central de Pearl Street en Nueva York , la primera central eléctrica comercial permanente del mundo. La central de Pearl Street también suministró CC a 110 V, considerada una tensión «segura» para los consumidores, a partir del 4 de septiembre de 1882. ^{[ 23 ]}  

Los sistemas de corriente alterna (CA) comenzaron a aparecer en Estados Unidos a mediados de la década de 1880, utilizando un voltaje de distribución más alto que se reducía mediante transformadores al mismo  voltaje de utilización del cliente de 110 V que utilizaba Edison. En 1883, Edison patentó un sistema de distribución de tres hilos para permitir que las centrales de generación de corriente continua (CC) abastecieran a un radio de clientes más amplio y así ahorrar en costos de cobre. Al conectar dos grupos de  lámparas de 110 V en serie, se podía alimentar una mayor carga con conductores del mismo tamaño que circulaban a 220  V entre ellos; un conductor neutro transportaba cualquier desequilibrio de corriente entre los dos subcircuitos. Los circuitos de CA adoptaron la misma forma durante la guerra de las corrientes , lo que permitió que las lámparas funcionaran a unos 110  V y que los electrodomésticos principales se conectaran a 220  V. Los voltajes nominales aumentaron gradualmente hasta 112  V y 115  V, o incluso 117  V.

Tras la Segunda Guerra Mundial, el voltaje estándar en EE. UU. se convirtió en 117  V, pero muchas zonas se quedaron rezagadas incluso en la década de 1960. En 1954, el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) publicó la norma C84.1, «Estándar Nacional Estadounidense para Sistemas y Equipos de Energía Eléctrica: Tensiones Clasificadas (60 Hertz)». Esta norma estableció un sistema nominal de 120 voltios y dos rangos para las variaciones de voltaje de servicio y de utilización. ^{[ 24 ]} Hoy en día, prácticamente todos los hogares y negocios estadounidenses tienen acceso a 120 y 240 V a 60 Hz. Ambos voltajes están disponibles en los tres cables (dos conductores de fase opuesta y un conductor neutro).   

En 1899, la Berliner Elektrizitäts-Werke (BEW), una compañía eléctrica de Berlín , decidió aumentar considerablemente su capacidad de distribución mediante la transición a  una distribución nominal de 220 V, aprovechando la mayor capacidad de voltaje de las lámparas de filamento metálico de reciente desarrollo. La compañía pudo compensar el coste de la conversión de los equipos de sus clientes con el consiguiente ahorro en el coste de los conductores de distribución. Este sistema se convirtió en el modelo de distribución eléctrica en Alemania y el resto de Europa, y el  sistema de 220 V se generalizó. En Norteamérica, se mantuvieron voltajes cercanos a los 110  V para las lámparas. ^{[ 25 ]}

En la primera década posterior a la introducción de la corriente alterna en Estados Unidos (desde principios de la década de 1880 hasta aproximadamente 1893), se utilizaron diversas frecuencias, y cada compañía eléctrica estableció la suya, por lo que ninguna se impuso. La frecuencia más común fue de 133 ± 1/3  Hz. La velocidad de rotación de los generadores y motores de inducción, la eficiencia de los transformadores y el parpadeo de las lámparas de arco de carbono influyeron en la determinación de la frecuencia .

Alrededor de 1893, Westinghouse Electric Company en Estados Unidos y AEG en Alemania decidieron estandarizar sus equipos de generación a 60  Hz y 50  Hz respectivamente, lo que finalmente llevó a que la mayor parte del mundo se abasteciera a una de estas dos frecuencias. Hoy en día, la mayoría de  los sistemas de 60 Hz suministran 120/240 V nominales  , y la mayoría de los de 50  Hz 230  V nominales. ^{[ 26 ]} Las excepciones significativas se encuentran en Brasil, que tiene una  red sincronizada de 60 Hz con 127  V y 220  V como voltajes estándar en diferentes regiones, ^{[ 12 ]} y Japón, que tiene dos frecuencias : 50  Hz para el este de Japón y 60  Hz para el oeste de Japón.

Para mantener la tensión en el punto de servicio del cliente dentro de los límites aceptables, las empresas de distribución eléctrica utilizan equipos de regulación en las subestaciones o a lo largo de la línea de distribución. En una subestación, el transformador reductor cuenta con un cambiador de tomas automático bajo carga, lo que permite ajustar gradualmente la relación entre la tensión de transmisión y la de distribución.

Para circuitos de distribución rurales largos (de varios kilómetros), se pueden instalar reguladores automáticos de voltaje en los postes de la línea de distribución. Estos son autotransformadores , también con cambiadores de tomas bajo carga para ajustar la relación según las variaciones de voltaje observadas. En la acometida de cada cliente, el transformador reductor tiene hasta cinco tomas para permitir un cierto rango de ajuste, generalmente ±5% del voltaje nominal. Dado que estas tomas no se controlan automáticamente, se utilizan únicamente para ajustar el voltaje promedio a largo plazo en la acometida y no para regular el voltaje que recibe el cliente.

La estabilidad del voltaje y la frecuencia suministrados a los clientes varía entre países y regiones. La "calidad de la energía" es un término que describe el grado de desviación del voltaje y la frecuencia nominales de suministro. Las sobretensiones y las interrupciones a corto plazo afectan a equipos electrónicos sensibles como ordenadores y pantallas planas . Los cortes de energía prolongados, las bajadas de tensión y los apagones, así como la baja fiabilidad del suministro, generalmente aumentan los costes para los clientes, quienes pueden verse obligados a invertir en sistemas de alimentación ininterrumpida o grupos electrógenos de reserva para disponer de energía cuando el suministro eléctrico no está disponible o es inutilizable. Un suministro eléctrico irregular puede suponer un grave obstáculo económico para las empresas y los servicios públicos que dependen de maquinaria eléctrica, iluminación, climatización y ordenadores. Incluso el sistema eléctrico de mejor calidad puede sufrir averías o requerir mantenimiento. Por ello, las empresas, los gobiernos y otras organizaciones a veces disponen de generadores de respaldo en instalaciones sensibles para garantizar la disponibilidad de energía incluso en caso de un corte de energía o un apagón.

La calidad de la energía también puede verse afectada por distorsiones en la forma de onda de la corriente o la tensión, como armónicos de la frecuencia fundamental (de alimentación) o distorsiones de (inter)modulación no armónicas, como las causadas por interferencias electromagnéticas . En cambio, la distorsión armónica suele deberse a las condiciones de la carga o del generador. En sistemas multifásicos, pueden producirse distorsiones por desfase causadas por cargas desequilibradas.

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