Calidad de energia

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•
INDICE
PARTE 1. DISTORSIÓN ARMÓNICA Pag.
1. FUNDAMENTOS .............................................................................................................................. 1
1.1. Consumos lineales .................................................................................................................................... 1
1.2. Consumos no lineales ............................................................................................................................... 1
2. DESCOMPOSICIÓN DE UNA SEÑAL DE VOLTAJE O CORRIENTE
EN COMPONENTES ARMÓNICAS ............................................................................................ 3
2.1. Planteamiento general ............................................................................................................................... 3
2.2. Análisis armónico de la corriente armónica de un controlador de luz incandescente .................................... 3
3. NORMA IEC 555-2 SOBRE ARMÓNICAS EN ELECTRODOMÉSTICOS ............................ 5
3.1. Armónicas en rectificadores: computadores y televisores .............................................................................. 5
3.2. Límites de la Norma IEC 555-2 ............................................................................................................... 6
4. ARMÓNICAS EN SISTEMAS TRIFÁSICOS ................................................................................. 7
4.1. Descripción de un sistema trifásico ............................................................................................................ 7
4.2. Tableros exclusivos dedicados a computadores ........................................................................................... 9
4.3. Corrientes medidas en un edificio de oficinas............................................................................................. 9
4.4. Corrientes de entrada de fuentes de poder no interrumpidas trifásicas ........................................................ 10
5. NORMA IEEE-519 Y REGLAMENTO DE LA LEY GENERAL DE
SERVICIOS ELÉCTRICOS (CHILE) .............................................................................................. 10
5.1. Límite de la distorsión de voltaje ............................................................................................................... 11
5.2. Límite de la distorsión de corriente ............................................................................................................ 11
6. EFECTOS DE LAS CORRIENTES ARMÓNICAS ....................................................................... 11
6.1. Resonancia de condensadores de compensación de factor de potencia .......................................................... 11
6.2. Compensación con condensadores antiresonantes ....................................................................................... 13
6.3. Incremento de pérdidas: El factor K ........................................................................................................... 14
7. ERRORES DE INSTRUMENTOS CONVENCIONALES POR EFECTO
DE LAS ARMÓNICAS ........................................................................................................................ 16
7.1. Instrumentos de aguja de tipo electrodinamométrico ................................................................................... 16
7.2. Instrumentos digitales con rectificador a la entrada ..................................................................................... 16
7.3. Instrumentos de verdadero valor efectivo (true rms) ................................................................................... 16
7.4. Instrumento para medir armónicas ............................................................................................................ 16
8. RECOMENDACIONES REFERENTES A DISTORSIÓN ARMÓNICA EN
SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE ELECTRICIDAD ........................................................... 17

2
•
PARTE 2. REGULACION DE VOLTAJE Pag.
1. INTRODUCCION ............. ................................................................................................................ 20
2. NORMAS ............. ................................................................................................................................. 20
2.1. REGULACION DE VOLTAJE DE TRANSFORMADORES:
TRANSFORMADORES SUBDIMENSIONADOS ...................................................................... 21
3.1. Transformadores Monofásicos ................................................................................................................... 21
3.2. Transformadores trifásicos ........................................................................................................................... 22
4. MEJORAMIEMTO DE LA REGULACION CON CONDENSADORES
DE COMPENSACION DE FACTOR DE POTENCIA ........................................................................ 23
5. CAIDAS DE TENSION EN CONDUCTORES Y CABLES DE CONEXION .............. 24
5.1. Características de conductores relacionadas con la regulacion de voltaje ............................... 24
5.2. Cálculo de pérdidas en cables ........................................................................................................... 25
5.3. Efecto de la sección de un conductor en la regulación de voltaje ............................................. 25
5.4. Regulación de voltaje en sistemas trifásicos .................................................................................. 28
6. RESUMEN DE RECOMENDACIONES RELACIONADAS CON
REGULACION DE VOLTAJE ........................................................................................................... 30
PARTE 3. FLUCTUACION DE VOLTAJE DE BAJA FRECUENCIA
Limites de centelleo (Flicker) ......................................................................................................... 31
1. INTRODUCCION ........................................................................................................................ 31
2. FLUCTUACION DE LA CORRIENTE: APLICACION EN HORNOS
Y SOLDADORAS DE ARCO...................................................................................................... 31
3. FLICKER INTRADOMICILIARIO: EFECTO DE LOS CONDUCTORES ................... 33
4. CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 35

3
•
CALIDADDELAREDELECTRICA
PARTE 1. DISTORSIÓNARMÓNICA
1. FUNDAMENTOS
1.1. Consumos lineales.
Paraestudiarlascaracterísticasdelossistemaseléctricosesusualconsiderarloscomoresultado
delainterconexióndediferentesbloquesbásicos:
a)Lafuentedealimentación,usualmenteunvoltajesinusoidal.
b)Elconsumo,usualmenteconstituidoporresistencias,inductanciasycondensadoresdevaloresfijos.
Así, cuando el consumo es un calefactor eléctrico de 1000 W y el voltaje es 220 V efectivos, el voltaje y la
corrientetendránlaformadelaFigura1.Sielconsumoesunmotorde1/6HP,rendimiento80%,factordepotencia
0,85,elvoltajeylacorriente tendrán la forma de la Figura 2.
Enresumen,sielvoltajeessinusoidallacorrientetambiénloesy,engeneral,existeundesfaseentreellos.
1.2. Consumos no lineales.
Laelectrónicadepotenciapusoadisposicióndeloshogaresylasempresasproductivasdiversosequiposcapaces
decontrolarelproductofinal:iluminaciónvariable,velocidadajustable,etc.Así,aproximadamenteun50%dela
energíaeléctricapasaporundispositivodeelectrónicadepotenciaantesqueéstaseafinalmenteaprovechada.La
electrónicadepotenciahaceusodediodos,transistoresytiristores,yprácticamentetodosellostrabajanenelmodo
deinterrupción(«switching»).Estosignificaquetrabajanesencialmenteen2estados:
Figura 1
Consumo de un calefactor de 1 Kw
Figura 2
Consumo de un motor monofásico de 1/6 HP
20.00
10.00
0.00
-10.00
-20.00
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
TIEMPO (s)
CORRIENTE
0.02 0.03 0.040.010
VOLTAJE
VOLTAJE(V)
CONSUMO DE UN CALEFACTOR DE 1 KW
CORRIENTE(A)
V
+
-
i
5.00
3.00
1.00
-1.00
-3.00
-5.00
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
TIEMPO (s)
CORRIENTE
0.02 0.03 0.040.010
VOLTAJE
VOLTAJE(V)
CONSUMO DE UN MOTOR MONOFASICO DE 1/6 HP
CORRIENTE(A)
V
+
-
i
MOTOR

4
•
a)Estadodeconducción.
Correspondeauninterruptorcerrado.Lacorriente
poreldispositivopuedealcanzarvaloreselevados,pero
elvoltajeesnuloy,portanto,ladisipacióndepotencia
enélesmuypequeña.
b)Estadodebloqueo.
Correspondeauninterruptorabierto.Lacorriente
poreldispositivoesmuypequeñayelvoltajeeselevado;
asi,ladisipacióndepotenciaeneldispositivoestambién
pequeñaen este estado.
Todos los semiconductores de potencia pasan
rápidamente de un estado a otro, mediante circuitos
que consumenusualmentemenosde5Wserealizael
controldeestosdispositivos.
La Figura 3 muestra un dispositivo para
controlar la corriente en un consumo lineal
constituido por una inductanciayunaresistencia.El
voltajeesinterrumpidoporlossemiconductoresydeja
desersinusoidal;lacorrienteesnulaendeterminados
intervalosdetiempo.Elusuariopuede controlar los
instantes de conducción y por tanto variar el voltaje
ylacorriente.
Al resultar corrientes no sinusoidales se habla
de distorsiónarmónicaydeconsumosno-lineales.
ii
T1
T2
V
+
-
VRL
+
-
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
0.0040
VOLTAJE(V)
0.008 0.012 0.016 0.020
TIEMPO (s)
VOLTAJE DE RED v
0.0040
CORRIENTE(A)
0.008 0.012 0.016 0.020
TIEMPO (s)
CORRIENTE I
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
0.0040
VOLTAJE(V)
0.008 0.012 0.016 0.020
TIEMPO (s)
VOLTAJE EN LA CARGA vRL
Figura 3
Dispositivo de control de la corriente y el voltaje
de un circuito lineal.

5
•
2.1.Planteamientogeneral.
Lacorrienteoelvoltajenosinusoidalsepuedeexpresarmediantediversascomponentes,llamadasarmónicas:
LaTabla1muestraelanálisisarmónicodelacorriente,enamperesyenporcentaje,correspondientealacomentedelaFigura
3.Cadaarmónicatienesufaseysuamplitud;engeneral,lasarmónicasdeordenparsonnulasdebidoaquelosdispositivosactúanen
formasimétricayperiódica.Lasarmónicasdeordenelevadosonpequeñas,fundamentalmentedebidoaquelasvariacionessonsuavizadas
por la presencia de inductancias en el sistema. Por el contrario, la presencia de armónicas pares es síntoma de que el control de los
semiconductoresestádesajustadoylapresenciadearmónicaselevadaspuedeserindicio de variaciones bruscas de voltaje o corriente
que pueden conducir a un deterioro del equipo bajo control o radiointerferenciaenequiposderadioytelevisión.
LaFigura4muestragráficamentelafactibilidaddeconstruirunaondaapartirdesusarmónicas.Enestecaso,sóloconla fundamental
y las armónicas 3 y 5 el resultado es ya bastante adecuado.
2.2.Análisisarmónicodelacorrientearmónicadeuncontroladordeluzincandescente.
UnsistemasimilaralmostradoenlaFigura3,seempleapararegularlailuminaciónemitidaporunaampolletadeluzincandescente.
Porciertoque,aplenaluz,lossemiconductoresconducentodoeltiempo,yelvoltajeycorrienteresultansinusoidales.Paradisminuirla
iluminaciónsehaceconducirlossemiconductoresduranteuntiempomenor,disminuyendolapotenciaenlalámpara.Enestascircunstancias,
lacorrienteporlalámparayporelsistemacreceenarmónicas.LaFigura5 muestra la variación de la armónica 3 al variar la potencia
de la lámpara; se observa que entre un 15% y un 75% de luminosidad,lacorrientedearmónica3inyectadafluctúaentre0.18y0.20A
máximos,esdecir,aproximadamenteun30%de la comente nominal de la lámpara.
2. DESCOMPOSICIÓN DE UNA SEÑAL DE VOLTAJE
O CORRIENTE EN COMPONENTES ARMÓNICOS
TABLA1
AnálisisarmónicodelacorrientedelaFigura3
h Imh
(Am) Ih
(%) ANGULOIh
(º)
1 1,1175 100,00 -56.1
3 0,4301 38,49 -165.0
5 0,0754 6,74 -131.5
7 0,0485 4,34 149.2
9 0,0432 3,87 -170.9
11 0,0091 0,82 -153.0
13 0,0176 1,50 146.7
15 0,0141 1,26 -170.5
V(τ)= Vm1
cos (ωτ+φv1
) + Vm2
cos (2 ωτ+φv2
) + Vm3
cos (3ωτ+φv3
) + ........+ Vmh
cos (hωτ+φvh
)
i(τ)= Im1
cos (ωτ+φi1
) + Im2
cos (2 ωτ+φi2
) + Im3
cos (3ωτ+φi3
) + ..........+ Imh
cos (hωτ+φih
)

6
•
0.0040 0.008 0.012 0.016 0.020
TIEMPO (s)
FUNDAMENTAL
CORRIENTE(A)
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0.0040 0.008 0.012 0.016 0.020
TIEMPO (s)
ARMONICA 3
CORRIENTE(A)
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
CORRIENTE(A)
0.0040 0.008 0.012 0.016 0.020
TIEMPO (s)
FUNDAMENTAL + ARMONICA 3 Y 5
CORRIENTE(A)
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0.0040 0.008 0.012 0.016 0.020
TIEMPO (s)
ARMONICA 5
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
Figura 4b
Descomposición de la corriente original
en sus armónicas
Figura 4a

7
•
Figura 5
Variación de la corriente armónica con la potencia de una lámpara.
3. NORMA IEC.555-2 SOBRE ARMONICA EN ELECTRDOMESTICOS
3.1. Armónicas en rectificadores: computadores y televisores.
Si bien existen diversos equipos cuyo consumo es no-lineal, televisores y computadores son de empleo masivo y,
por tanto, las armónicas que inyectan han sido motivo continuo de análisis y normalización. La razón por la cual su
consumo es no-sinusoidal se relaciona con el empleo de un circuito de rectificación o fuente de poder de alimentación.
La Figura 6 muestra un diagrama básico circuital y la forma de onda de la corriente que se observa en la red de 220 V.
Básicamente, el circuito con diodos conduce sólo en los instantes en que el voltaje se acerca al valor máximo; en ese
instante se recarga el condensador que mantiene constante (simulando una batería de voltaje continuo constante), el
voltaje en bornes del rectificador. Cuando el voltaje sinusoidal es inferior al voltaje del condensador los diodos dejan
de conducir. El resultado es que prácticamente todos los computadores y televisores tienen un consumo de corriente
pulsante, como el mostrado en la Figura 6; los pulsos de corriente coinciden con el valor máximo del voltaje, lo que
acentúa el problema de distorsión debido a la simultaneidad de este pulso de corriente en todos los televisores y
computadores.
0.60
0.40
0.20
0.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
CORRIENTE(AMAX.)
POTENCIA (W)
VARIACION DE LA CORRIENTE ARMONICA
CON LA POTENCIA DE UNA LAMPARA
FUNDAMENTALARMONICA
Figura 6
a) Diagrama básico de la fuente de poder de un computador y de una gran variedad de equipos electrónicos.
b) FOrma de onda del voltaje y corrientes a la entrada

8
•
3.2. Límites de la Norma IEC 555-2.
La Norma IEC 555 - 2 establece las exigencias sobre armónicas que deben cumplir todos aquellos equipos que consumen
menos de 16Apor fase en la red de 220 V a 415 V. Entre ellos figuran los computadores personales y los televisores.
La Tabla 2 muestra los límites que todo equipo de más de 50 W debe cumplir. Bajo esa potencia no existirá límite
alguno. La Norma establece los límites en base a valores eficaces (rms) de cada armónica. La relación entre valor eficaz yvalor
máximoes:
TABLA2
Límite de Norma IEC 555-2
ARMÓNICA LIMITE LIMITE
ARMÓNICA
h
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
* Valor excedido.
LIMITE
[A rms]
0,908 .
0,508
0,266
0,133
0,094
0,079
0,069
0,061
0,054
0,049
0,045
ONDA FIG.6
[A rms]
1.201
0.977*
0,620*
0,264
0,068
0,114*
0,089*
0,029
0,042
0,044
0,019
0,020
h mA/W A
3 3,4 2,30
5 1,9 1,14
7 1,0 0,77
9 0,5 0,40
11 0,35 0,33
13 y más 3,85/n 0,15 • 15/n
Los límites expuestos en la Tabla 2 se aplican, a modo de ejemplo, al consumo de un computador personal que
posee una fuente de poder de 200 W. La fuente tiene una eficiencia de un 75% de modo que absorbe de la red 267 W.
La Tabla 3 señala los límites derivados del standard. En este caso, como en todo equipo menor que 670 W, el límite
está impuesto por el valor en m A/W descrito en la Norma.
Así, usualmente, los computadores distorsionan la red con una corriente armónica que es levemente superior a la
admitida por la Norma. Debe hacerse notar que, en 1982, la Norma IEC sólo establecía el límite absoluto en Amperes
indicado en la Tabla 2, que en el caso de la armónica 11 es 0,33 A, es decir, bastante superior al límite aceptado hoy.
La solución al problema, entre otras, consiste en agregar una inductancia en serie con la fuente (del orden de 10
mH). Con ello, los valores se modifican y prácticamente cumplen con lo exigido. En todo caso la Norma permite
inyectar un 75% de armónica 3, situación que será necesario considerar en los diseños de alambrados.
TABLA3
Irmsh
[A rms] = Imh
[A max]
√2
Irmsh tot
[A rms] = √ I2
rms1 +
I2
rms2 +
I2
rms3 +
…..+
I2
rmsh
El valor efectivo total es la suma cuadrática del valor rms de cada armónica:
Límites aplicados a un PC de 200W.

9
•
4.1. Descripción de un sistema trifásico.
Un sistema trifásico está constituido por tres voltajes de igual amplitud, pero desfasados en 120°:
Si suponemos que, conectado a la fase A se tiene un consumo no-lineal:
Si en la fase B se tiene conectado un consumo idéntico, la corriente será idéntica pero desplazada en 120°, tal
como se muestra en la Figura 7. Analíticamente, desplazar una corriente en 120° significa:
Conceptual y prácticamente esto ocurre debido a que, como se ha dicho, en un televisor, por ejemplo, los pulsos de
corriente deben coincidir con los valores máximos de cada voltaje. Así, en cada fase, se tendrá los mismos pulsos pero
corridos en 120°. Analíticamente, entonces, la armónica 3 se desplaza en 3 veces 120° (o sea 360°) mientras la
fundamental sólo en 120°. Análogamente, la armónica 5 se desplaza en 5 veces 120° y así sucesivamente.
Las corrientes por el conductor de neutro son:
El resultado, gráficamente, se muestra en la Figura 7 en la que se observa que, prácticamente, la corriente de
neutro es de armónica 3.Analíticamente:
Al sumar las corrientes desplazadas en 120 grados el resultado es nulo; las que quedan desplazadas en 360° no se
anulan: se suman. De este modo:
Es decir, bajo la hipótesis de un sistema con idéntico consumo no-lineal en las tres fases, circula una corriente por
el neutro igual a 3 veces la corriente de armónica 3 que circula por una fase. Esto significa que si un consumo está
constituido sólo por computadores y televisores, la corriente por el neutro será superior a la corriente de fase y éste
deberá dimensionarse tomando en consideración lo anterior.
V AN
=Vm1
cos (ωτ+φv1
)
V BN
= Vm1
cos (ωτ+φv1
- 120º)
V CN
= Vm1
cos (ωτ+φv1
+ 120º)
i A
= Im1
cos (ωτ+φi1
) + Im3
cos (3 ωτ+φi3
) + ………
i B
= Im1
cos (ωτ -120º)φi1
) + Im3
cos (3 ωτ -120º) +φi3
+ ……
iN
= iA
+ iB
+ iC
iB
= Im1
cos (ωτ+φi1
) + Im3
cos (ωτ -120º + φi1
) + Im1
cos (ωτ + 120º + φi1
) + Im3
cos (3ωτ + φi3
) +
+ Im3
cos 3(ωτ - 120º) + φi3
+ Im3
cos 3(ωτ + 120º) + φi3
IN
= 31m3
cos (3ωτ + φi3
) + 3Im9
cos(9ωτ +φi9
) + .....
4.ARMÓNICASENSISTEMASTRIFÁSICOS

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•
CORRIENTES ARMONICAS EQUILIBRADAS EN
UN SISTEMA TRIFASICO
Figura 7
Corrientes Armónicas equilibradas en un sistema trifásico

11
•
4.2. Tableros exclusivos dedicados a computadores
Es común observar, en grandes edificios, que se deja un tablero de uso exclusivo para conectar
computadores y equipos electrónicos. Si este tablero es trifásico, se tendrá en las tres fases un
consumo similar al mostrado en la Figura 7 (detallado en la Tabla 3) y por el neutro circularán las
armónicas impares múltiplos de 3 (3, 9,15, 21). La Tabla 4 muestra el resultado que se obtiene. Se ha
agregado una columna con los valores al cuadrado para facilitar la realización de la suma total
necesaria para calcular el valor efectivo rms total. El resultado es que la corriente de neutro resulta
igual a 1,73 veces la corriente de fase, situación que, si no es prevista por el proyectista producirá
problemas. Normalmente el conductor de neutro no tiene protección de sobrecarga.
4.3.Corrientesmedidasenunedificiodeoficinas
Los valores reales medidos en edificios de oficinas confirman lo aseverado hasta aquí. LaTabla 5
muestra el consumo por fase y el del neutro en un edificio1
, observándose incrementos de la corriente de
neutro con respecto a lasdefase.
[1] Trober, Dick: «Trouble shooting harmonícs in a modern office building». En: Electricity Today, Vol. 3, N° 2, Feb,. 1991, pp.33-35
TABLA 5
Corriente medidas en un edificio de oficinas
CORRIENTE TOTAL EN EDIFICIO
FASE A
FASE B
FASE C
NEUTRO
410
445
435
548
Arms
Arms
Arms
Arms
CORRIENTE EN UN CIRCUITO PARTICULAR
FASE A
FASE B
FASE C
NEUTRO
7,8
9,7
13,5
15,0
Arms
Arms
Arms
Arms

12
•
4.4.Corrientesdeentradadefuentesdepodernointerrumpidastrifásicas
En sistemas computacionales de gran valor es usual emplear fuentes de poder no interrumpidas
(UPS) para alimentar los consumos durante los cortes de energía y, también, para garantizar que la
alimentación de los equipos tiene una regulación adecuada. Estas fuentes de poder son rectificadores
idénticos a los ya explicados y, por tanto inyectan armónicas a la red.
Las fuentes de poder no interrumpidas pueden ser monofásicas, como las ya analizadas, o
trifásicas, es decir, en base a un rectificador trifásico se cargan las baterías de respaldo para los
momentos en que no hay energía. Este rectificador trifásico no tiene conexión de neutro; esto
imposibilita la circulación de armónicas múltiplos de 3 por cada fase. La Figura 8 muestra la corriente
típica observada en una fase de un rectificador trifásico.Al realizar el análisis armónico de esta
corriente se observa que la armónica más importante es la número 5, es decir, de 250 Hz, lo que
corresponde a un 18% de la corriente fundamental (Figura 9).
5.NORMAIEEE-519YREGLAMENTODELALEYGENERALDE
SERVICIOSELÉCTRICOS(CHILE)
Figura 8
Corriente por una fase de un
rectificador trifásico.
Figura 9
Análisis espectral de la corriente de
fase de un rectificador trifásico.
LasNormasdefinenparaestablecersuslímiteslosfactoressiguientes:
THV: distorsión total de voltaje
THI : distorsión total de corriente.
LanormaIECdefineenformalevementediferenteestosfactores:
THV = V2
2 + V2
3 + …+V2
h . 100%
V1
THI = I2
2 + I2
3 + …+I2
h . 100%
I1

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•
El Reglamento que se dictará en Chile se regirá por la definición IEEE. La diferencia, como se verá, no es
determinante.
5.1.Límitedeladistorsióndevoltaje
La Norma IEEE-519 y el Reglamento que probablemente regirá en Chile establece los límites de distorsión de
voltaje indicados en la Tabla 6.
5.2.Límitedeladistorsióndecorriente
La Norma IEEE-519 y el Reglamento que probablemente regirá en Chile establece una Tabla límite para las
corrientes armónicas inyectadas por un usuario. Para establecer este límite se debe conocer:
a) El valor de la corriente de cortocircuito ISC en el empalme del usuario, es decir, en el lugar donde se medirá la
inyección de armónicas. Este valor debe ser entregado por la compañía distribuidora de electricidad ya que depende del
valor de sus transformadores de distribución.
b) La demanda media 1L del usuario, calculada como el valor medio de las demandas máximas leídas durante los 12
meses precedentes a la medición.
Con estos valores de determinan los valores máximos permitidos de distorsión de corriente de cada usuario en
particular (Tabla 7).
El límite de las armónicas pares es un 25% del valor indicado.
Para sistemas de más de 69 kV los límites son un 50% de los indicados
6. EFECTOS DE LAS CORRIENTES ARMÓNICAS
6.1. Resonancia de condensadores de compensación de factor de potencia.
La Figura 10 muestra el circuito equivalente de un sistema típico constituido por un transformador de alimentación,
un banco convencional de condensadores y una fuente de armónicas que inyecta 38 A de armónica 5.
TABLA 7
Límites de Distorsión de Corriente
(Válidos para redes de 120 V a 69 KV)
Distorsión Armónica en % de IL (h impar)
ISC/IL
<20
20 < 50
50 < 100
100 < 1000
>1000
h<11
4,0
7,0
10,0
12,0
15,0
11 ≤ h<17
2,0
3,5
4,5
5,5
7,0
17 ≤ h<27
1,5
2,5
4,0
5,0
6,0
23 ≤ h<35
0,6
1,0
1,5
2,0
2,5
35 ≤ h
0,3
0,5
0,7
1,0
1,4
THI
5,0
8,0
12,0
15,0
20,0
TABLA 6
Límites de Distorsión de Voltaje.
VOLTAJE NOMINAL
VNOM ≤ 69 KV
69 KV < VNOM ≤ 161 KV
VNOM > 161 KV
Vh/V1 * ?100 [%]?
3,0
1,5
1,0??????
THV [%]?
5,0
2,5
1,5

14
•
Figura10
Circuito equivalente armónico de un sistema con
condensadores de compensación de factor de potencia.
En ausencia del condensador, la distorsión en el sistema se puede calcular mediante:
Vh
= ωLi
Ih
= 5 • 2π50 • 5.09 10-3
• 38 = 303.8V
Elvoltajenominaldelsistemaanalizadoes20kVentrefase,demaneraque:
Esdecir,setratadeunadistorsióndeunvalorrealaceptadopormormas.
Alconectarelcondensadordecompemsacióndefactordepotencia(2),eolvalorarmonicoserá:
enque:
Elvoltajeodistorsiónes:
La distorsión del sistema crece, pero lo que es más grave, el sistema presentará una resonancia
alrededor de la armónica 13. En efecto:
Esto significa que los condensadores aumentan la distorsión en un sistema, y contribuyen a producir
el fenómeno de resonancia, es decir, un aumento de la distorsión enormemente elevado, que termina
por hacer explotar condensadores o transformadores, si es que las protecciones no operan debido,
precisamente, a la presencia de armónicas en el sistema.
[2] La potencia reactiva, por fase, compensada por el condensador es:
Vh [%] = 303.8 • 100 = 2.63%
20000 / √3
Vh = [V] = 38 • Zeq (h)
1 = YEQ = 1 + 5•2π 50•11,3•10-6
= -0.1073
ZEQ 5•2π 50•5,09•10-3
Vh
= 38 = 354V = 3.07%
0.1073
hres = 1 = 13.3
2π50 √5.09• 10-3
•11.3 – 10-6
Qd = 2000 2
• 2π50 • 11.3 • 10-6
= 473.3 • 103
[VAR]
√3

15
•
6.2.Compensaciónconcondensadoresantiresonantes
La Figura 11 muestra la solución del problema de compensar reactivos en sistemas distorsionados. Básicamente
consiste en agregar una inductancia en serie con el condensador de compensación de reactivos:
ωLƒ = 7 1
100 ωCƒ
Figura 11
Compensación de potencia reactiva antiresonante.
La Tabla 8 muestra los valores de las impedancias a cada armónica. La notación empleada es:
ZT: impedancia del transformador
Zf : impedancia del filtro
ZEQ : impedancia equivalente (paralelo de transformador y filtro).
Empleando los valores de laTabla 8 es posible calcular la distorsión de tensión:
Es decir, la distorsión del sistema disminuye levemente. Sin embargo, lo más relevante es que han desaparecido los
riesgos de resonancia (descritos en el párrafo anterior), pues el sistema Lf, Cf se comporta como una inductancia por
sobre la armónica 4. La Figura 12 muestra los precios de los condensadores antiresonantes comparados con el de los
condensadores convencionales.
Vh
= 6.72 • 38.2 = 256.7 V = 2.22%
TABLA 8
Valores de las Impedancias
Condensadores Antiresonantes
h
5
7
11
ZT [Ω]
7,99
11,19
17,59
ZT [Ω]
42,30
97,86
191,41
ZEQ [Ω]
6,72
10,04
16,11

16
•
6.3.Incrementodepérdidas:ElfactorK.
Las corrientes armónicas producen un incremento de las pérdidas. Particularmente en el interior del
transformador, se producen dos pérdidas relevantes:
a) Las pérdidas proporcionales a la resistencia de los enrollados y a la suma al cuadrado de las corrientes
fundamentales y armónicas.
b) Las pérdidas por corrientes parásitas (eddy currents) que son proporcionales al cuadrado de la corriente
armónica y al cuadrado del orden de la armónica.
En cables y conductores de cobre sólo la primera de ellas está presente y, por tanto, es relativamente simple
calcularlas con los procedimientos hasta ahora indicados.
Figura 12
Precios de condensadores antiresonantes (baja tensión).
En el caso de transformadores sometidos a corrientes armónicas, existen ambas pérdidas y el cálculo es más
complicado. El procedimiento que se describe a continuación se basa en la Recomendación IEEE C57.100-1986.
Según esta recomendación las pérdidas por estos dos conceptos, se pueden expresar mediante:
PERD [W] = K RES • ΣI2
h + K EDDY Σh2
I2
h
h=1 h=1
De no existir un dato más fidedigno, es posible suponer que, en ausencia de armónicas, las pérdidas por corrientes
parásitas son un 15% de las pérdidas por resistencia en los enrollados. Se define el factor K de una corriente mediante:
El valor de Ih en °/l es:

17
•
Empleando esta definición, la máxima corriente que soporta un transformador es:
La Figura 13 muestra el valor de esta corriente en función de K. Se observa que si el valor de K es 15 entonces la máxima
corriente que soporta un transformador es 0,6 veces la nominal.
Amododeejemplo,laTabla9muestravaloreshabitualesdelascorrientesarmónicasenunrectificadortrifásico.
Simultáneamente, en la misma Tabla 9 se calcula el factor K.
Figura13
Carga máxima en un transformador en función del factor K.
De la Tabla 9 se deduce que el factor K de un puente rectificador trifásico convencional es 2,72, de modo que,
observando el gráfico 1, la carga máxima que soporta un transformador es 90,4 % de la nominal, si la única carga que
existe es el rectificador citado.
En la actualidad existen transformadores diseñados para trabajar en sistemas con armónicas, con valores de K
especificados en su placa.

18
•
7. ERRORES DE INSTRUMENTOS CONVENCIONALES POR EFECTO DE
LAS ARMÓNICAS
La presencia de armónicas afecta severamente la lectura de los instrumentos, lo que implica tomar en cuenta diversas
precaucionesalrealizarunalectura.Elanálisisqueserealizaacontinuaciónserefierealosinstrumentosdeuso frecuente.
7.1. Instrumentosdeagujadetipoelectrodinamométrico
Estosinstrumentossonlosdeusomáscomúnentablerosindustriales.Suprincipiodefuncionamientoestalqueindicanel
verdaderovalorefectivo(truerms)delaonda.Dadoqueempleaninductanciasysóloconsideranusualmentehastalaarmónica5
enformafidedigna.Sumayorproblemaserelacionaconlacalibraciónyaque,alexistirpiezasmecánicasgiratorias,elroce
provocaunerror(leenmenos)delectura.
7.2. Instrumentosdigitalesconrectificadoralaentrada
Lagranmayoríadelosinstrumentosdigitalesalaentradadisponendeunrectificadordemodotalqueloquerealmente
mideneselvalormediodelaondarectificada.Porcierto,silaondaessinusoidalelinstrumentoesdebuena precisión. Si la
onda tiene armónicas, el instrumento mide un valor inferior al valor eficaz. En la medición de corrientescomolas
registradasencomputadores,elinstrumentomideun30%menosqueelvalorefectivo(rms)delacorriente.LaTabla10muestra
valoresrealesmedidosenunedificiodeoficinas.
* Instrumento digital con rectificador a la entrada.
Enelcasodelamedicióndecorrientesdeneutro,noesgeneralizablequeuninstrumentodigitalconrectificadormida con
poco error. En efecto, si la corriente de neutro tiene la forma señalada en la Figura 7, entonces la medición esprecisa,ya
quelaondasibienesde150Hzesaproximadamentesinusoidal.Pero,sielconsumoesdesequilibrado(situaciónquenose
observaenlaTabla10nienlaFigura7),entonceselerrorenlamedicióndecorrienteporelneutroserátambiénelevado,debido
aquesetendráunacomponentede50Hzsumadaconotrade150Hz.
7.3. Instrumentosdeverdaderovalorefectivo(truerms)
Engeneral,enestosinstrumentos,detipodigital,seempleaunsensorqueregistralaelevacióndetemperaturaporuna
resistenciaporlacualcirculalacorrienteamedir.Portanto,elinstrumentomideelverdaderovalorefectivodelacorriente(oel
voltaje)incluyendotodaslasarmónicas.Debidoaquesemideunfenómenotérmicoelinstrumento no es apto para medir
consumos de rápida variación; es usual que registre una medición cada 1 ó 2 segundos.
Otrosequipos,demayorcalidad,midenempleandounconversoranálogo-digital(llamadodedoblerampa);elprocesodelectura
enestoscasostoma400milisegundos.
7.4. Instrumentoparamedirarmónicas
Paradeterminarelcontenidoarmónicodelacorrienteoelvoltaje,noexisteotroprocedimientoqueemplearunmedidorde
armónicas,lasqueengeneraldesplieganenpantallalasformasdeonda,elvalordelafundamental,decadaarmónica,elvalor
efectivo,elvalormáximoyladistorsióntotal.
TABLA 10
Mediciones en un edificio de oficinas con dos tipos de instrumentos
FASE A
FASE B
FASE C
NEUTRO
Valor efectivo
[A rms]
410
445
435
548
Valor medido*
[A]
328
346
355
537
Error
[%]
- 20,0
- 22,2
- 18,4
- 2,0

19
•
8. REFERENTES A DISTORSIÓN ARMÓNICA EN
SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE ELECTRICIDAD
Se ha entregado abundantes antecedentes referentes a distorsión armónica. La Tabla 11 resume las características
técnicas que precisan mediante cifras numéricas la presencia anormal del fenómeno. Los efectos de la distorsión
armónica se resumen en la Tabla 12.
Para aminorar los problemas de distorsión armónica a niveles permitidos por norma, se deben llevar a cabo
algunas de las acciones señaladas en la Tabla 13.
TABLA 11
Término empleado
Distorsión armónica
Diferencial de voltaje entre
Descripción
El voltaje deja de ser sinusoidal: la distorsión de voltaje total es mayor que un 5%. La
corriente consumida por el usuario es fuertemente no sinusoidal: la distorsión total de
corriente es superior al 20%.
Por el conductor de neutro circula la corriente debida a los desequilibrios entre cada
fase y a componentes armónicas principalmente de orden 3. El voltaje en el
conductor de neutro no no debe ser superior a 0,6 V. Puede medirse como voltaje
entre neutro y tierra.
TABLA 12
Equipo
Transformador
Condensadores
Motores de inducción
Cables de conexión
Equipos de computación
Efectos de la distorsión armónica
Efectos observados
Sobrecalentamiento si el factor K es elevado (superior a 2,7) y la carga es superior al
90% de la nominal.
Los condensadores (de compensación de factor de potencia, de iluminación, por
ejemplo) se queman si la corriente por ellos es más que 1,3 veces su corriente
nominal.
Sobrecalentamiento y vibraciones excesivas si la distorsión de tensión es superior al
5%.
Sobrecalentamiento si el valor efectivo de la corriente (medido con un
instrumento true rms) es superior al que soporta el cable.
Pérdidas de algunos datos y daños en algunas componentes electrónicas debido a
que el voltaje máximo es superior al nominal o a que existe un diferencial de voltaje
entre neutro y tierra.
TABLA 13
Equipo o instalación
Distribución de electricidad
Condensadores
Equipos contaminantes
Medidas de Mejoramiento de instalaciones eléctricas contaminadas por armónicas
Característicaslímitesdelasperturbaciones
Proyecto o mejoramiento
• Dimensionamiento de conductores considerando armónicas.
• Disminución de las corrientes por el neutro mediante balance de cargas.
• Disminución de las corrientes armónicas mediante filtros y transformadores de
aislación.
Tableros separados para equipos sensibles.
• Sustitución por condensadores antiresonantes.
• Mejoramiento de los equipos (exigencia a los fabricantes de de ubicar filtros de
línea o reactancias serie).
• Ejemplo de transformadores de aislación

20
•
CALIDADDELAREDELÉCTRICA
PARTE2.REGULACIÓNDEVOLTAJE
1. INTRODUCCIÓN
La causa principal para definir las holguras de voltaje, con respecto al valor nominal, se relaciona con garantizar el
funcionamiento de equipos en rangos específicamente determinados. Los equipos que son más afectados por una mala
regulación de voltaje son las luminarias (que disminuyen fuertemente su vida útil cuando el voltaje crece) y los motores
(que aumentan sus pérdidas y a veces no parten cuando el voltaje es muy bajo).
Una caída de voltaje elevada en el sistema de transmisión se puede deber a:
a) Transformadores subdimensionados, y
b)Cables subdimensionados.
Z
2. NORMAS
Las Normas Internacionales y en particular el Reglamento de la Ley General de Servicios Eléctricos, plantean las
siguientes holguras con respecto al voltaje nominal en cualquier punto de conexión entre una empresa eléctrica y
cadacliente:
a) En Baja Tensión (BT). Excluyendo períodos con interrupciones de suministro, el voltaje deberá estar dentro de
rango de -7,5% a +7,5% durante el 95% del tiempo de cualquiera semana del año o de siete días consecutivos de
medición y registro. Se entiende por BT los voltajes nominales menores o iguales a 660 V entrefases.
b) En Media Tensión (MT). El rango de voltaje deberá estar entre -6,0% y +6,0% en las mismas condiciones
descritas en el párrafo a. Se define como MT a los voltajes mayores que 660 V y menores o iguales a 44 kV entrefases.
c)En Alta Tensión (AT). Se distinguen dos casos:
cl) Tensión Nominal menor o igual a 154 kV. El rango de voltaje deberá estar entre -6,0% y +6,0%.
c2) Tensión Nominal Superior a 154 kV. El rango de voltaje deberá estar entre -5,0% y +5,0%-
Se entiende por AT los voltajes superiores a 44 kV entrefases y menores o iguales a 220 kV entrefases. Los voltaje
superiores se denominan EAT, es decir, extra alta tensión.
Figura 1
Caídas de voltaje máximas permitidas.

21
•
Además de lo anterior, el Reglamento de Instalaciones Eléctricas en Chile establece que la caída de tensión
provocada por la corriente máxima que circula por un conductor no debe exceder de un 3% de la tensión nominal de
alimentación. Junto a lo anterior, establece que la caída de tensión en el punto más desfavorable de la instalación no debe
exceder de un 5% de dicha tensión. La Figura 1 gráfica esta disposición.
3.REGULACIÓNDEVOLTAJEDETRANSFORMADORES:
TRANSFORMADORES SUBDIMENSIONADOS
3.1.Transformadoresmonofásicos
Las principales características de un transformador, desde el punto de vista de la regulación de voltaje son:
a) Reactancia REACT o también llamada tensión de cortocircuito. Es el porcentaje del voltaje nominal que hace
circular corriente nominal por el transformador cuando se cortocircuita uno de sus terminales.
b)Corriente de vacío IVAC es la corriente que consume el transformador sin carga.
c) Pérdidas en carga PERCAR, representa las pérdidas en los enrollados (de cobre usualmente), con el
transformador con carga nominal.
d)Pérdidas en vacío PERVAC, son las pérdidas del transformador cuando éste se encuentra sin carga.
La Tabla 1 muestra los valores típicos de estos parámetros de transformadores de diferentes potencias. Los valores
se expresan en porcentaje de los valores nominales de cada transformador.
En forma aproximada, la caída de tensión en un transformador, se puede calcular mediante:
∆V% = PERCAR% POUT/PNOM + REACT% + QOUT/PNOM
VOUT/VNOM VOUT/VNOM
∆V%
VOUT
POUT
QOUT
VNOM
: caída de tensión en porcentaje del voltaje
: nominal voltaje a la salida del transformador
: potencia activa (carga) a la salida del transformador
: potencia reactiva (carga) a la salida del transformador
: voltaje nominal a la salida del transformador
TABLA 1
Parámetros característicos de transformadores monofásicos
PNOM
[KVA]
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
REACT
[%]
5,0
5,0
5,0
4,5
4,5
4,5
4,0
4,0
5,0
5,0
4,5
5,5
5,0
5,0
IVAC
[%]
6,56
5,75
4,80
4,38
3,75
3,50
3,17
3,69
2,65
2,42
2,81
2,25
2,10
1,98
PERCAR
[%]
5,000
5,300
5,080
4,563
4,325
4,260
3,810
3,500
3,800
3,175
3,063
3,950
3,160
2,709
PERCAR
[%]
1,313
1,150
0,960
0,875
0,750
0,700
0,635
0,538
0,530
0,484
0,563
0,450
0,420
0,397

22
•
El tamaño de un transformador (PNOM) es, por tanto, uno de los factores más relevantes en la caída de tensión de
un transformador. Esto también se refleja en las pérdidas; por ello, es útil calcular las potencias a la entrada del
transformador, lo que es:
PIN=POUT + PERCAR POUT2
+QOUT2
+ PERVAC VOUT + ∆V% 2
PNOM
100 PNOM 100 VNOM 100
QIN = QOUT + VOUT + ∆V% 2
IVAC PNOM + REACT . POUT2
+QOUT2
VNOM 100 100 100 PNOM
La Figura 2 muestra los resultados numéricos obtenidos al aplicar los conceptos y cálculos a dos sistemas alimentados
con transformadores de distinto tamaño.
Figura 2a
Regulación de voltaje en un transformador
subdimensionado
Figura 2b
Regulación de voltaje en un transformador
dimensionado correctamente.
3.2. Transformadores Trifásicos
Los transformadores trifásicos se rigen por parámetros idénticos a los transformadores monofásicos. La Tabla 2
resume los valores de algunos de ellos.
Los resultados y ecuaciones mostradas para transformadores monofásicos se aplican en forma idéntica a
transformadores trifásicos.
Los parámetros mostrados en las Tablas 1 y 2 corresponden a transformadores cuyos voltajes primarios y
secundarios están en el rango de baja tensión. Cuando se trabaja con transformadores AT/BT, es decir, cuyo primario se
conecta a alta tensión, las pérdidas en carga disminuyen levemente (Tabla 3).

23
•
4. MEJORAMIENTO DE LA REGULACIÓN CON CONDENSADORES DE
COMPENSACIÓN DE FACTOR DE POTENCIA
En un sistema que se caracteriza por un consumo de potencia activa y reactiva, es decir, en el que existen motores
de inducción u otras cargas similares, se debe usar condensadores de compensación de factor de potencia. Ello permite
mejorar la regulación de voltaje, disminuyendo la caída de tensión en el transformador; además, disminuyen las pérdidas
en el transformador.
Las ecuaciones descritas se mantienen, con la salvedad de que la potencia reactiva de la carga se debe disminuir
según la cantidad de reactivos capacitivos compensados. La Figura 3 muestra claramente el efecto logrado al conectar
condensadores. Se la compara con un sistema en que no se emplean condensadores.
TABLA 3
Parámetros característicos de transformadores trifásicos (AT/BT)
PNOM
[KVA]
100
160
250
315
400
500
630
800
REACT
[%]
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
VAC
[%]
2,5
2,3
2,0
1,8
1,5
1,5
1,3
1,3
PERCAR
[%]
1,830
1,525
1,328
1,302
1,178
1,134
1,081
0,984
PERVAC
[%]
0,550
0,406
0,348
0,327
0,300
0,280
0,254
0,250
TABLA 2
Parámetros característicos de transformadores trifásicos (BT/BT)
PNOM
[KVA]
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
200
400
500
800
REACT
[%]
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5,0
5,0
4,5
5,0
5,0
5,5
5,0
6,0
6,0
5,5
IVAC
[%]
7,50
6,40
5,31
6,75
6,20
5,56
4,38
4,10
3,65
3,25
2,85
1,98
1,55
1,49
1,35
PERCAR
[%]
5,000
4,800
5,250
4,000
4,720
3,937
3,825
3,300
3,413
3,175
3,700
2,950
2,325
1,880
1,425
PERVAC
[%]
1,500
1,280
1,063
1,350
1,240
1,111
0,875
0,820
0,730
0,650
0,570
0,395
0,310
0,297
0,270

24
•
Figura 3
Mejoramiento de la regulación de voltaje mediante el empleo de condensadores.
5.CAÍDASDETENSIÓNENCONDUCTORESYCABLESDECONEXIÓN
5.1. Características de conductores relacionadas con la regulación de voltaje
Para calcular la caída de tensión en cables y conductores, es necesario conocer su resistencia y reactancia. A falta
de mejores antecedentes se puede emplear:
R COND = 22,5 Ω mm2
/km
X COND = 0,08 Ω/km
La Tabla 4 muestra las características de cables de más de 50 mm2 en los cuales la aproximación señalada no es tan
adecuada.
[1] Los valores de reactancia están calculados para ducto no magnético con 3 conductores en formación triangular.
[2] Los valores de reactancia están calculados en bandeja con 3 conductores en paralelo con una separación de un diámetro entre cables.
TABLA 4
Características de monoconductores tipo XAT 5kV
SECCION RESISTENCIA REACTANCIA
AWG
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
650
700
750
800
900
mm2
53,49
67,43
85,01
107,20
127,00
152,00
177,30
202,70
253,40
304,00
328,90
354,70
380,00
405,40
456,00
Ω/km
0,421
0,334
0,265
0,210
0,177
0,148
0,127
0,111
0,089
0,074
0,068
0,063
0,059
0,056
0,049
DUCTO [1]
Ω/km
0,136
0,131
0,130
0,125
0,122
0,120
0,117
0,115
0,112
0,108
0,107
0,106
0,105
0,104
0,102
BANDEJA [2]
Ω/km
0,257
0,251
0,249
0,244
0,239
0,237
0,233
0,230
0,228
0,222
0,220
0,219
0,218
0,217
0,215

25
•
La caída de tensión en un cable se puede calcular aproximadamente mediante:
X Reactancia del cable en Ω/km
R Resistencia del cable en Ω/km
L Largo del cable en km
POUT Potencia activa en el extremo del cable, monofásica, W.
QOUT Potencia reactiva en el extremo del cable, monofásica, VAR.
VNOM Voltaje Nominal, fase neutro, V.
VOUT Voltaje en el extremo del cable, fase neutro, V.
∆V% Caída de voltaje en el cable, en % de VNOM.
En el caso de sistemas monofásicos debe considerarse la caída AV% en el cable de fase y en el de neutro
considerando sus respectivas secciones.
5.2. Cálculo de pérdidas en cables
La caída de tensión en cables está normalmente asociada a pérdidas en el cable. Por tal razón, es útil disponer de
ecuaciones que permitan calcular las potencias a la entrada de un cable:
PCAB : potencia activa a la entrada del cable [kW]
POUT : potencia activa a la salida del cable [kW]
QCAB : potencia reactiva a la entrada del cable [kVAr]
QOUT : potencia reactiva a la salida del cable [kVAr]
I : corriente por el cable [A]
La corriente por el cable se puede expresar mediante:
5.3. Efecto de la sección de un conductor en la regulación de voltaje
Con las ecuaciones anteriores es posible calcular las caídas de tensión en cables, verificar el cumplimiento de los
reglamentos y normas. La Figura 4 muestra un ejemplo en el que, si bien se emplean conductores que soportan la
corriente demandada por el sistema, la regulación de voltaje no resulta ajustada a normas. Por el contrario, en la Figura 5
en el mismo sistema se han empleado conductores de una sección levemente mayor, que garantizan el funcionamiento
de los equipos desde el punto de vista de la regulación de voltaje. Se adjunta una memoria de cálculo del caso de la
Figura 4.
∆V% = RL POUT 100 + XL QOUT 100
VNOM VOUT VNOM VOUT
PCAB [kW] = POUT [kW] +RL I2
[A2
] 10−3
QCAB [kVAr] =QOUT [kVAr] +XL I2
[A2
] 10−3

26
•
Figura 4
Regulación de voltaje con conductores subdimensionados
Figura 5
Mejoramiento de la regulación de voltaje empleando conductores adecuados

27
•
Memoria de Cálculo (Figura 4).

28
•
5.4. Regulación de voltaje en sistemas trifásicos
Es evidente que lo explicado se aplica directamente a sistemas trifásicos. Es necesario poner atención en dos aspectos:
a) Las ecuaciones se deben aplicar considerando la potencia por fase (es decir 1/3 de la potencia total manejada por el
sistema).
b) Los voltajes deben ser fase neutro (y no entrefases).
c) Se debe asumir una caída de voltaje en el neutro.
La Figura 6 muestra los resultados al alimentar el mismo esquema anterior de la Figura 4 en forma trifásica. Se ha
supuesto nula la caída en el conductor de neutro. Si bien los conductores soportan la corriente, la regulación de voltaje
no resulta aceptable (Figura 6) y, por tanto, se procede a incrementar la sección de los conductores (Figura 7). Se
agrega una memoria de cálculo para el caso de la Figura 6.
Figura 6
Sistema trifásico con conductores subdimensionados.

29
•
Memoria de Cálculo (Figura 6).

30
•
Figura7
Regulación de voltaje en un sistema trifásico dimensionado según normas.
6. RESUMEN DE RECOMENDACIONES RELACIONADAS
CON REGULACIÓN DE VOLTAJE
La regulación de voltaje es una de las características relevantes de la calidad de la red eléctrica. Ello se
debe a queella es causa del rápido envejecimiento de diferentes equipos eléctricos: luminarias, equipos
electrónicos y motores, son los equipos más dañados.
La Tabla 5 resume los efectos estudiados que inciden en una regulación de voltaje.
* Los valores citados corresponden a los ejemplos analizados.
TABLA 5
Problemas que afectan una mala regulación de voltaje.
PROBLEMA
Transformador subdimensionado
Factor de potencia
Conductor subdimensionado (monofásico)
Conductor subdimensionado (trifásico)
MALO
∆V = 6,0%
∆V = 4,4%
∆V = 3,2%
∆V = 2,9%
ADECUADO
∆V = 4,4%
∆V = 2,8%
∆V = 2,3%
∆V = 1,5%

31
•
CALIDADDELAREDELÉCTRICA
PARTE 3. FLUCTUACIONES DE VOLTAJE DE BAJAFRECUENCIA
Límites de Centelleo (Flicker)
1. INTRODUCCIÓN
La combinación de variaciones elevadas de la corriente y una impedancia de red también elevada, puede causar
variaciones excesivas de la tensión de alimentación. Si las variaciones de tensión se repiten a intervalos cortos de tiempo,
se producirán fluctuaciones de la iluminación, principalmente de aquella emitida por ampolletas incandescentes. Normas
recientes (IEC 868-0 de 1991), han establecido los límites adecuados y la forma de medir las fluctuaciones de tensión
aludidas.
2.FLUCTUACIONESDELACORRIENTE:APLICACIÓNEN
HORNOSYSOLDADORASDEARCO
La Figura 1 muestra la fluctuación de la corriente medida en barras de 12 kV, de un horno de arco. La corriente
fluctúa entre 300 A mx y 500 A mx:
Imin = 212 A rms
Imx = 354 A rms
Esto significa que la fluctuación de potencia trifásica aparente es:
Smin = √ 3 •12000 • 212 = 4406 KVA
Smax = √ 3 •12000 • 354 = 7358 KVA
La alimentación de este horno se realiza a través de un transformador de 3 MVA, de tal modo que el gráfico
mostrado puede ser considerado como el peor caso registrado.
Figura 1
Corriente en un horno de arco.

32
•
La caída de tensión que produce esta corriente depende de la impedancia de la red. Si se supone una corriente de
cortocircuito de 4877 A en 12 kV, se tiene que la impedancia de la red de alimentación es:
Esto significa caídas de tensión de:
∆Vmin = 1.42 • 212 V rms fase neutro
∆Vmax = 1.42 • 354 V rms fase neutro
∆Vmax - ∆Vmin = 201.64 V rms fase neutro = 2.9 %.
Una fluctuación de tensión de esta magnitud afecta el funcionamiento de muy pocos equipos. Sin embargo, es
seguramente perceptible una variación de la luminosidad de las ampolletas incandescentes. En efecto, las Normas
establecen variaciones permisibles bastante inferiores al 2.9% calculado, si esta variación ocurre a una frecuencia
cercana a los 10 Hz.
La Tabla 1 muestra los límites permitidos de variación de voltaje, dependiendo de la frecuencia a la que esta
variación ocurre.
Límite A:
Límite umversalmente definido
comoinaceptable.
Límite B:
Límite superior aceptado por IEEI
Límite C:
Límite sugerido por IEEE.
Límite D:
Límite universalmente aceptado
como seguro.
Figura 2
Niveles de cortocircuito sugeridos para hornos de arco.
X = 1.42 Ω

33
•
Como esta fluctuación del voltaje es difícil de medir1
(Norma IEC 868: Flickermeter: Functional and design
specifications, 1990), es posible emplear recomendaciones internacionales de un tipo más general. Así, la Figura 2
muestra los niveles aceptables de corriente de cortocircuito en función de la potencia del horno.
En el ejemplo en estudio se tiene:
Se observa que la situación descrita es inaceptable. Se sugiere un valor:
Esto implica que la impedancia de la red es:
Deestemodo:
AVmax-AVmin=95.5Vrmsfaseneutro=1.38%.
Así,aldisminuirlareactanciadelaredde1.42Q.a0.673Q,(factor0.474),elflickerdisminuyeenla
mismaproporción. En el caso estudiado el flicker medido2
] fue de:
AV = 0.596 % (con X = 1.420),
entonces, en el nuevo caso:
AV = 0.282 % (con X = 0.673 Q).
El valor máximo permitido es 0.25% (lo que equivale a una unidad de flicker). Esto corrobora
que, en este caso, la recomendación mostrada en la Figura 2 es aplicable, ya que sobrepasar el flicker
en un 13% en el peor caso, que ocurre con poca frecuencia, es adecuado, ya que, como se sabe, es
necesario realizar un promedio estadístico de mediciones. En alguna medida poco importante, es
posible reducir las variaciones de corriente con un control adecua-do del acercamiento de los
electrodos al punto donde se realiza la fusión.
3.FLICKERINTRADOMICILIARIO:EFECTODELOSCONDUCTORES
Es común, en instalaciones domiciliarias, observar un centelleo de la iluminación incandescente cuando parte, en
forma automática, el refrigerador de uso común. También se observa un efecto similar al energizarse un calefactor o
estufa eléctrica de 1000 a 2000 W, que también, en muchos casos, tiene un mecanismo automático de conexión
cuando la temperatura de la habitación baja.
La Norma IEC 555-3 (1982) establece que una caída brusca de voltaje de un 3% es visible para el ojo humano y
:ausará el centelleo de lámparas incandescentes.
[1] En este caso, la variación porcentual de voltaje ponderado de flicker medido fue 0.596%. El valor máximo permitido por Norma es
0.25%. & decir, en este caso se midió 2.39 unidades de flicker, siendo el máximo permitido 1.
[2] La medición fue realizada con un instrumento especializado
SN = 3 •106
= 0.0296
Scc √ 3 •12000 • 4877
SN = 3 •106
[VA]
SN = 3 •106
= 0.014
Scc √ 3 •12000 • 10300
X = 12000 = 0,673Ω
√ 3 •10300

34
•
Las Figuras 3, 4, 5 y 6 ilustran en 4 condiciones diferentes, la caída de tensión que se experimentará en una
instalación domiciliaria al conectarse un consumo de 1500 W. La Tabla 2 resume los casos analizados.
* Los antecedentes de la barra de alimentación y longitudes de los conductores aparecen en la Figura 4.
Para generalizar los valores obtenidos, se han realizado dos gráficos. En la Figura 7 se muestra la sección mínima;
de conductor en una instalación que no produce flicker visible. Esta sección es función de la potencia del equipo a
conectar y de la longitud de la instalación interior. La línea de acometida se ha supuesto de 50 metros y de una sección
de 6 mm2
. En la Figura 8 se muestra el mismo caso, pero para el caso en que la línea de acometida es de 4 mm2
. En
ambos casos el transformador de alimentación del consumo es de 15 kVA.
Figura 5. Flicker no visible Figura 6. Flicker apenas visible
Figura 5. Flicker visible Figura 6. Flicker muy visible
TABLA 2
Flicker Intradomiciliario
Sección de la línea
de acometida
6,0 mm2
6,0 mm2
4,0 mm2
6,0 mm2
Sección de la
Instalación interior
2,5 mm2
1,5 mm2
2,5 mm2
1,5 mm2
Caída de Voltaje
2,41%
3,17%
2,88%
3,64%
Flicker
No Visible
Visible
Apenas Visible
Muy Visible

35
•
Figura7
Sección mínima del conductor de una instalación
domiciliaria sin flicker. Línea de acometida de 6 mm2.
Figura8
Sección mínima del conductor de una instalación
domiciliaría sin flicker visible: línea de acometida de 4 mm2
.
4. CONCLUSIONES
El flicker o centelleo de la iluminación es una sensación visible molesta. En general, la forma de
solución conduceaalimentarestascargas,devariaciónrápida,mediantecircuitosexclusivosobien
sobredimensionarcablesytransformadores de alimentación.

36
•
El Centro de Promoción de Usos del Cobre, PROCOBRE, es una organización de derecho
privado sin fines de lucro. Es patrocinado por los productores y fabricantes de cobre y su
misión es promover el uso del cobre y sus aleaciones, especialmente en Chile y en
Latinoamérica, fomentando una disposición favorable hacia su utilización e impulsando la
investigación y el desarrollo de nuevas aplicaciones.
PROCOBRE colabora y trabaja en forma coordinada con las empresas, el gobierno y los
organismos relacionados con el cobre para materializar una acción convergente, con visión
de largo plazo a nivel mundial.
En el cumplimiento de sus fines, PROCOBRE colabora con la edición del presente texto
como un apoyo para la correcta manipulación de los productos de cobre.
EL COBRE ES ETERNO
Colombia: E-mail: colombia@copper.org http://www.procobrecolombia.org
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