¿Qué es una caída de tensión?
Definición
La caída de tensión es la diferencia entre la tensión al principio y al final de una línea eléctrica. En una red eléctrica, la tensión puede verse reducida por la resistencia y la impedancia de las líneas, con lo que al consumidor le llega una tensión inferior a la que le llegaba originalmente. Esta pérdida de tensión es especialmente relevante en líneas largas o con cargas elevadas e influye en la eficiencia y estabilidad de una red eléctrica.
Caídas de tensión en media y alta tensión
En media tensión (de 1 kV a 36 kV) y alta tensión (de 36 kV a 150 kV), pueden producirse caídas de tensión por diversas razones. Una de las principales causas son las corrientes elevadas que circulan por líneas largas, lo que provoca un aumento de la resistencia y, por tanto, pérdidas de tensión. Esta pérdida puede producirse sobre todo en las zonas rurales, donde las distancias entre las subestaciones y los consumidores son grandes.
Otras causas de caídas de tensión en la media y alta tensión pueden ser:
- Fluctuaciones de carga elevadas: En momentos de alta carga en la red, la tensión de la red puede bajar.
- Líneas en mal estado o transformadores con resistencias más altas.
- Condiciones meteorológicas, como fuertes vientos o tormentas, que pueden provocar daños en las líneas y, por tanto, caídas de tensión.
Los efectos de estas caídas de tensión pueden ir desde pequeñas fluctuaciones en el suministro eléctrico hasta graves fallos en la red. En casos extremos, puede producirse un colapso de la tensión (apagón), que puede poner en peligro el funcionamiento de toda la red.
REGSys®
Nuestro »sistema de regulación de tensión REGSys®« está especialmente diseñado para compensar las fluctuaciones y caídas de tensión en redes de alta y media tensión. Además de la regulación, supervisión y control automáticos de transformadores con cambiadores de tomas bajo carga, REGSys® puede adaptarse a la aplicación correspondiente con funciones adicionales como la influencia de la corriente (por ejemplo, compensación de la impedancia de línea) o el funcionamiento en paralelo.
Caídas de tensión en la baja tensión
En el rango de baja tensión (hasta 1 kV), las caídas de tensión se producen por razones similares a las de media y alta tensión, aunque hay dos causas de caídas de tensión que son problemas especialmente comunes aquí:
- Caídas de tensión en cadenas de líneas en circuitos en paralelo cuando se suministra a varios hogares a través de una línea común de baja tensión: Si muchos consumidores generan una carga elevada al mismo tiempo -por ejemplo, por la tarde/noche, durante las horas típicas de carga de los vehículos eléctricos-, la tensión en las líneas comunes puede caer.
- Caídas de tensión debidas a líneas largas: Cuanto más larga es la línea, mayor es la resistencia y, por tanto, también la pérdida de tensión. Especialmente en zonas rurales con líneas de transmisión largas, esta causa suele provocar una caída de tensión.
En ambos casos, las caídas de tensión pueden provocar problemas como averías, un funcionamiento ineficaz de los aparatos eléctricos, un mayor consumo de energía o incluso daños en dispositivos sensibles.
LVRSys®
El sistema de control de baja tensión «LVRSys®» se ha desarrollado especialmente para resolver problemas de estabilidad de tensión en la red de baja tensión debidos a la integración de electromovilidad, energía fotovoltaica y bombas de calor o largas líneas de transmisión. Representa una alternativa económica y flexible a las costosas y lentas ampliaciones de líneas. El sistema está probado, es fácil de integrar en la red y no requiere mantenimiento.
Directrices sobre suministro eléctrico para proveedores de energía
Los proveedores de energía deben cumplir normas y directrices estrictas para garantizar un suministro eléctrico estable y fiable. Estas normas definen la caída de tensión admisible y las fluctuaciones permitidas en la tensión de la red.
- Alemania (nacional): En Alemania se aplica la norma DIN EN 50160, que especifica la caída de tensión admisible para los proveedores de energía. Define que la tensión de red debe permanecer dentro de un margen de tolerancia de ±10 % del valor nominal.
- Europa (internacional): A nivel europeo, también se aplica la norma EN 50160, que establece requisitos similares para la calidad de la tensión.
- Normas internacionales: Existen varias normas en todo el mundo que especifican la caída de tensión admisible, incluidas las normas IEC (Comisión Electrotécnica Internacional). Estas normas varían de una región a otra, pero el objetivo sigue siendo el mismo: garantizar un suministro de tensión uniforme.
En general, estas directrices tienen por objeto garantizar la seguridad del suministro y evitar fallos en la red causados por caídas de tensión inadmisibles.
¿Dónde suelen producirse las caídas de tensión?
Las caídas de tensión pueden producirse en varios puntos de las redes eléctricas, algunas causas típicas comunes de las caídas de tensión son:
Caída de tensión en circuitos paralelos
En los circuitos en paralelo, la corriente se divide en varios caminos, de modo que la resistencia total es menor que en un circuito en serie. Sin embargo, en este caso también pueden producirse caídas de tensión. En un circuito paralelo, la tensión sigue siendo la misma para todos los consumidores, pero la corriente se distribuye por las distintas ramas, lo que puede provocar caídas de tensión en las líneas de conexión en caso de corrientes elevadas. Un ejemplo de caída de tensión en circuitos paralelos es el suministro a varios hogares a través de una línea de baja tensión común. Si muchos consumidores consumen electricidad al mismo tiempo, la tensión en las líneas comunes puede caer (por ejemplo, debido a la e-movilidad y al creciente número de bombas de calor instaladas).
Caída de tensión en hilos y cables
La caída de tensión en los cables es una de las causas más comunes de pérdida de tensión en los sistemas eléctricos. Cuanto más larga es la línea, mayor es la resistencia y mayor la pérdida de tensión. Esta causa de la caída de tensión (longitud de la línea) suele dar problemas, sobre todo en zonas rurales con líneas de transmisión largas.
- Un ejemplo es la caída de tensión en los cables de la red de transmisión o distribución, sobre todo con corrientes elevadas y grandes longitudes de cable. La sección del cable desempeña un papel decisivo en este tipo de caída de tensión, ya que una sección pequeña provoca pérdidas de tensión considerables con corrientes elevadas.
- Además de en la red eléctrica pública, las caídas de tensión debidas a cables largos también pueden producirse en la industria, donde a menudo es necesario tender cables largos para hacer funcionar máquinas y sistemas.
Caída de tensión en las resistencias de las redes de suministro eléctrico
Un lugar típico donde se produce una caída de tensión es a través de la resistencia eléctrica de componentes como transformadores, interruptores y cargas. Estas resistencias hacen que la tensión caiga cuando la corriente fluye a través de ellas.
Ejemplos de caída de tensión a través de la resistencia:
- Toda carga opone a la corriente eléctrica una resistencia. Cuanto mayor es la resistencia, mayor es la caída de tensión.
- En los transformadores, la resistencia del bobinado provoca caídas de tensión que reducen la tensión de salida.
- En los interruptores y fusibles, la resistencia de contacto puede provocar pérdidas de tensión adicionales.
- En las líneas de media y alta tensión, se producen pérdidas de tensión debido a la resistencia óhmica de las líneas, especialmente en largas distancias de transmisión.
- Traducción realizada con la versión gratuita del traductor DeepL.com
Inserción corta – Cálculo de la caída de tensión en la resistencia
La ley de Ohm se utiliza para calcular la caída de tensión a través de la resistencia. Describe la relación entre tensión, corriente y resistencia en un circuito eléctrico.
Formula:
Explicación de las variables
- ΔU: Caída de tensión (en voltios, V).
- I: Corriente que circula por la resistencia (en amperios, A)
- R: Resistencia del componente o cable (en ohmios, Ω).
Calculatión:
Para calcular la caída de tensión, multiplica la corriente que circula por la resistencia por el valor de la resistencia.
Ejemplo:
Si a través de una resistencia de R=10 ΩR = 10, ΩR=10Ω, circula una corriente de I=5 AI = 5, I=5A, la caída de tensión se calcula de la siguiente forma:
La caída de tensión a través de la resistencia en este ejemplo es, por tanto, de 50 voltios.
Caída de tensión a través de resistencias en sistemas de corriente continua y corriente alterna
Las caídas de tensión se producen a través de las resistencias tanto en los sistemas de corriente continua como en los de corriente alterna. En la red de corriente continua, la caída de tensión es directamente proporcional a la resistencia, mientras que en la red de corriente alterna intervienen, además de la resistencia óhmica, la inductancia y la capacitancia de las líneas.
- Con corriente continua, la caída de tensión se produce, por ejemplo, en los sistemas de baterías. Esto suele ocurrir cuando la resistencia interna de la batería impide el flujo de corriente.
- En la red de CA, tanto la resistencia óhmica como la reactancia de las líneas influyen en la caída de tensión de CA, lo que provoca pérdidas de tensión más complejas.
¿Cómo se puede medir una caída de tensión?
La caída de tensión en una red eléctrica puede determinarse midiendo directamente la tensión en varios puntos del sistema. Para medir la caída de tensión, se compara la tensión al principio y al final de una línea, de un circuito o aguas arriba y aguas abajo de una carga. La diferencia entre los dos valores de tensión corresponde a la caída de tensión.
- Para medir la caída de tensión, se mide la tensión en dos puntos simultánea o consecutivamente, por ejemplo en el punto de alimentación y en la carga.
- Es importante que la medición se realice en condiciones de carga, ya que la caída de tensión sólo se produce cuando fluye la corriente.
Medir la caída de tensión con un multímetro
Una herramienta sencilla para medir la caída de tensión es el multímetro. Un multímetro puede medir con precisión tensiones en el rango de baja tensión (< 1000 voltios) y suele ser el primer dispositivo que se utiliza en aplicaciones pequeñas, como la instalación o el mantenimiento de sistemas eléctricos. Para medir la caída de tensión con un multímetro, el aparato se conecta en paralelo a la carga y se mide la tensión en la entrada y la salida del circuito.
- El multímetro se pone en modo de medición de tensión.
- Los cables de prueba se conectan al principio y al final del cable o componente que se va a probar.
- La caída de tensión se calcula como la diferencia entre los dos valores medidos.
Mida la caída de tensión en el fusible
La caída de tensión en los fusibles puede deberse a la resistencia del propio fusible, a puntos de contacto sucios o a una instalación defectuosa. Cuando la corriente fluye a través del fusible, la resistencia provoca una caída de tensión, que suele ser baja, pero que aumenta cuando hay una sobrecarga o un flujo de corriente elevado. Para medir la caída de tensión a través de un fusible, el multímetro se conecta también en paralelo al fusible. Midiendo la tensión antes y después del fusible, es posible determinar si el fusible tiene una resistencia significativa y, por tanto, provoca una caída de tensión.
Límites de los multímetros
Los multímetros son útiles para mediciones sencillas, pero tienen limitaciones cuando se trata de análisis más complejos o de supervisar el funcionamiento de la red. Aunque se puede medir la caída de tensión con un multímetro, no son capaces de proporcionar análisis detallados y más complejos ni de comprender la calidad de la energía, ni siquiera de registrar las fluctuaciones de tensión durante un periodo de tiempo más largo. Los multímetros tienen una funcionalidad muy limitada y sólo proporcionan una instantánea de la tensión actual.
Analizadores de potencia de A. Eberle: dispositivos potentes y de gran precisión que pueden hacer mucho más que medir caídas de tensión.
Un análisis más exhaustivo y preciso de la calidad de la energía, así como una visión a más largo plazo de las caídas o fluctuaciones de tensión para el análisis y la prevención de fallos, sólo es posible mediante el uso de analizadores de redes. En comparación con los multímetros, los analizadores de redes de A. Eberle ofrecen una amplia gama de funciones que se han desarrollado especialmente para los requisitos de las redes de suministro eléctrico públicas e industriales. No sólo miden la caída de tensión, sino que también proporcionan información sobre fluctuaciones de tensión, armónicos, flicker y otros parámetros de calidad de la energía.
Algunas ventajas de los analizadores de redes A. Eberle frente a los multímetros
- Monitorización a largo plazo: Los analizadores de red de A. Eberle permiten la monitorización continua de la red y pueden registrar las fluctuaciones de tensión durante largos periodos de tiempo, proporcionando así una visión significativa de la calidad de la red en el punto de medición.
- Registros de averías: Nuestros analizadores de red instalados permanentemente registran los fallos transitorios y las desviaciones de la corriente y la tensión de la red y generan un diagrama de registro de fallos para poder analizar en detalle las causas de los fallos y sus efectos (la funcionalidad depende de las características del pedido seleccionado).
- Análisis de la calidad de la energía: Además de medir la caída de tensión, nuestros analizadores de redes recopilan datos detallados sobre la calidad de la tensión, que es especialmente importante en las redes de transmisión, distribución e industriales.
- Alta precisión: Los analizadores de redes de A. Eberle miden las caídas de tensión y otras anomalías de la red con gran precisión y proporcionan datos cruciales para la planificación y optimización de la red. Todos los analizadores de redes de A. Eberle son dispositivos de medición de clase A de alta precisión. La norma IEC 61000-4-30 Clase A especifica los parámetros de calidad eléctrica para los métodos de medición, la agregación temporal, la precisión y la evaluación. Esto garantiza resultados de medición fiables, repetibles y comparables.
- Funciones adicionales: A diferencia de los multímetros, nuestros analizadores de calidad eléctrica ofrecen la opción de analizar diversos parámetros de red que indican problemas de tensión, como fluctuaciones de tensión, armónicos, desfases, transitorios o parpadeos.
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Todos los analizadores móviles de calidad eléctrica cumplen el elevado grado de protección IP65 y también pueden instalarse y funcionar en exteriores. Las cajas PQ también tienen un rango de temperatura muy amplio de – 20 °C a + 60 °C.
También cumplen todos los requisitos de las normas sobre dispositivos de medición IEC61000-4-30 Ed.3, IEC62586-1 e IEC62586-2 Ed.2 para dispositivos de clase A.
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Los registradores de averías y analizadores de redes de calidad eléctrica PQI-LV, PQI-DA smart, PQI-DE y PQI-D, instalados de forma fija, son los componentes centrales de un sistema con el que se pueden resolver todas las tareas de medición en una red de baja, media y alta tensión. Los analizadores pueden utilizarse como registradores de averías con una frecuencia de muestreo de hasta 41 kHz, como dispositivos de medición de la calidad de la energía conforme a EN50160 / IEC 61000-2-2/4 o como analizadores de potencia.
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Los modernos dispositivos de medición de la calidad de la energía funcionan según la norma IEC 61000-4-30 Ed. 3. Esta norma define los métodos de medición con el fin de crear una base comparable para el usuario.
¿Cómo se calcula la caída de tensión?
Existen distintas fórmulas para calcular la caída de tensión, que varían en función del tipo de corriente: continua, alterna o trifásica.
Fórmula básica de la caída de tensión
La fórmula más sencilla de la caída de tensión se basa en la ley de Ohm y es la siguiente:
ΔU = I * R
Dice:
- ΔU: la caída de tensión (en voltios)
- I: la corriente (en amperios)
- R: la resistencia eléctrica del hilo o cable (en ohmios).
Esta fórmula básica es especialmente aplicable a las aplicaciones de corriente continua y a las redes de resistencias simples. Para las redes de corriente alterna y trifásicas deben tenerse en cuenta factores adicionales.
Calcular la caída de tensión con corriente continua
Para calcular la caída de tensión con corriente continua, se utiliza la fórmula ΔU=I⋅R\Delta U = I \cdot RΔU=I⋅R, en la que la resistencia de la línea o cable desempeña un papel importante.
Lo siguiente se aplica a la resistencia RRR de una línea:
R = ( p * L ) / A
Dice:
- ρ: Resistencia específica del material conductor (en Ohm-mm²/m)
- L: Longitud del cable (en metros)
- A: Sección transversal del cable (en mm²)
La fórmula completa de caída de tensión-corriente continua es, por tanto, la siguiente:
ΔU = I * ( ( p * L ) / A )
Ejemplo: Para calcular la caída de tensión de un cable con corriente continua, se utilizan la corriente en el cable, la longitud del cable y la sección transversal.
Calcular la caída de tensión en corriente alterna
La caída de tensión de la corriente alterna es más compleja que la de la corriente continua, ya que, además de la componente óhmica, hay que tener en cuenta la resistencia inductiva y capacitiva (reactancia). La fórmula de la caída de tensión para la corriente alterna es la siguiente:
ΔU = I * Z
Aquí, Z es la impedancia del cable y viene determinada por
Z = √( R² + ( XL - XC )² )
Dice:
- R: la resistencia óhmica
- XL: la inductancia del cable (en ohmios)
- XC: la capacitancia del cable (en ohmios)
La impedancia depende de la frecuencia y de las propiedades eléctricas de la línea, lo que hace más difícil calcular la caída de tensión para la corriente alterna. En muchas aplicaciones prácticas, la componente capacitiva suele despreciarse, de modo que la impedancia se calcula como una combinación de resistencia óhmica e inductancia.
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