Caída y elevación de tensión (sag/swell)
La caída de tensión (sag o dip) es una reducción momentánea del valor eficaz (RMS) de la tensión, típicamente entre el 10 % y el 90 % de la tensión nominal, con una duración que va desde 0,5 ciclos hasta 1 minuto. Su contraparte, la elevación de tensión (swell), consiste en un incremento temporal por encima del 110 % de la tensión nominal, normalmente en el rango de 110 % a 180 %, con duraciones similares. Ambas perturbaciones constituyen los eventos de calidad de la energía más frecuentes en sistemas eléctricos industriales y comerciales.
Definición y parámetros característicos
Sección titulada «Definición y parámetros característicos»La magnitud de una caída de tensión se sitúa entre el 10 % y el 90 % de la tensión nominal, mientras que su duración mínima es de 0,5 ciclos (10 ms a 60 Hz / 8,33 ms a 50 Hz). La siguiente tabla resume los valores típicos de ambos fenómenos.
| Parámetro | Caída de tensión (sag/dip) | Elevación de tensión (swell) |
|---|---|---|
| Magnitud (% de Vnominal) | 10 % – 90 % | 110 % – 180 % (1,10 p.u. – 1,80 p.u.) |
| Duración | 0,5 ciclos (10 ms @ 60 Hz / 8,33 ms @ 50 Hz) a 1 minuto (60 s / 3 600 ciclos @ 60 Hz) | Mismo rango que la caída |
| Frecuencia típica de ocurrencia | Puede representar hasta el 70 % de todas las perturbaciones de calidad de energía en una instalación | Menos frecuente, a menudo asociada al deslastre de grandes cargas |
Clasificación según duración (IEEE 1159)
Sección titulada «Clasificación según duración (IEEE 1159)»La norma IEEE 1159 establece tres categorías temporales para los eventos de corta duración: instantánea (0,5–30 ciclos), momentánea (30 ciclos – 3 s) y temporal (3 s – 1 min). La tabla siguiente detalla los límites.
| Categoría | Duración (ciclos) | Duración a 50 Hz (ms / s) | Duración a 60 Hz (ms / s) |
|---|---|---|---|
| Instantánea | 0,5 – 30 ciclos | 10 ms – 600 ms (0,6 s) | 8,33 ms – 500 ms (0,5 s) |
| Momentánea | 30 ciclos – 3 s | 600 ms (0,6 s) – 3 s | 500 ms (0,5 s) – 3 s |
| Temporal | 3 s – 1 min | 3 s – 60 s | 3 s – 60 s |
Causas principales
Sección titulada «Causas principales»Las faltas monofásicas a tierra en el sistema de distribución son la causa más habitual, ya que pueden provocar caídas de tensión del 30 % al 60 % en los circuitos adyacentes. Además de las faltas, existen otras causas relevantes:
- Arranque de motores de gran potencia: la corriente de inserción puede alcanzar de 5 a 7 veces la corriente nominal, generando una caída momentánea.
- Maniobras de conexión de transformadores de potencia: la energización repentina origina corrientes de inrush que pueden superar 10 veces la corriente nominal, hundiendo la tensión en el punto de acoplamiento común.
- Conmutación de cargas elevadas o variaciones bruscas de la demanda.
- Fenómenos atmosféricos (rayos) que provocan faltas línea‑tierra transitorias.
- Las elevaciones de tensión aparecen típicamente al desconectar grandes cargas o al operar interruptores en presencia de bancos de condensadores.
Consecuencias en los equipos
Sección titulada «Consecuencias en los equipos»Caídas de tensión de tan solo el 20 % de la tensión nominal con una duración de 2 a 3 ciclos (34 ms–50 ms @ 60 Hz) pueden causar la apertura de contactores y la parada de procesos automatizados. Los principales efectos adversos son:
| Equipo / Sistema | Efecto de la caída de tensión |
|---|---|
| Contactores y relés electromecánicos | Desconexión con tensiones inferiores al 80 % (0,80 p.u.) durante más de 1–2 ciclos. |
| Variadores de velocidad (VSD) | Disparo por subtensión en el bus de continua cuando la tensión de red cae por debajo del 70 %–85 % (0,70 p.u.–0,85 p.u.). |
| PLC y sistemas de control | Reinicio o fallo si la fuente de alimentación no soporta el hueco; sensibilidad típica desde caídas del 30 %. |
| Lámparas de descarga (HID) | Apagado y posterior tiempo de re‑encendido de varios minutos (3 min – 15 min). |
| Computadores y equipos informáticos | Reinicio o pérdida de datos con caídas superiores al 30 % y duración mayor de 8 ms (0,5 ciclos @ 60 Hz). |
Métodos de mitigación
Sección titulada «Métodos de mitigación»Los restauradores dinámicos de tensión (DVR) pueden compensar caídas de hasta el 50 % de la tensión nominal en menos de 2 ms, manteniendo la carga dentro de los límites operativos. Las tecnologías de mitigación más comunes son:
| Método | Descripción | Rango típico de compensación |
|---|---|---|
| Restaurador dinámico de tensión (DVR) | Inyecta tensión en serie mediante un convertidor de potencia para compensar el hueco. | Caídas de hasta el 50 % (0,50 p.u.), respuesta < 2 ms. |
| UPS (sistema de alimentación ininterrumpida) | Proporciona respaldo con baterías; el modo en línea aísla completamente la carga. | Cubre caídas del 100 % (interrupciones) según la autonomía (minutos a horas). |
| Compensador estático síncrono (STATCOM) | Compensa huecos profundos mediante intercambio rápido de potencia reactiva. | Caídas de hasta el 30 %–40 % (0,30 p.u.–0,40 p.u.). |
| Condensadores conmutados rápidamente | Elevan la tensión en el punto de conexión durante el evento. | Atenuación de caídas del 10 %–20 % (0,10 p.u.–0,20 p.u.). |
| Recierres automáticos y coordinación de protecciones | Reducen la duración de la falta y, por tanto, del hueco de tensión. | Depende de la topología de la red. |
Normativas aplicables
Sección titulada «Normativas aplicables»La norma IEEE 1159 clasifica las variaciones de tensión de corta duración en tres categorías temporales —instantánea, momentánea y temporal— y proporciona las definiciones fundamentales de sag y swell. Otras normativas de referencia son:
- IEC 61000‑4‑30 / EN 61000‑4‑30: métodos de medición de la calidad de la energía, incluyendo la detección de huecos (dips) y sobretensiones temporales.
- EN 50160: características de la tensión suministrada por las redes de distribución; establece límites estadísticos para la frecuencia de huecos de tensión.
- SEMI F47: especificación para equipos de fabricación de semiconductores que define los límites de tolerancia a huecos de tensión.
- ITIC (CBEMA): curva de susceptibilidad de equipos electrónicos, ampliamente utilizada para evaluar la inmunidad frente a sag/swell.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la diferencia entre una caída de tensión y un apagón?
Sección titulada «¿Cuál es la diferencia entre una caída de tensión y un apagón?»La caída de tensión es una reducción parcial de la tensión (10 %‑90 %) que dura entre 0,5 ciclos y 1 minuto; un apagón o interrupción corresponde a una pérdida total de tensión (≥90 % de reducción) que puede prolongarse por tiempos mayores.
¿Qué equipos son más susceptibles a las caídas de tensión?
Sección titulada «¿Qué equipos son más susceptibles a las caídas de tensión?»Los contactores electromecánicos, variadores de velocidad, PLC y lámparas de descarga son particularmente sensibles; una caída de apenas un 20 % durante 2‑3 ciclos puede detener una línea de producción.
¿Cómo se mide una caída de tensión según la normativa?
Sección titulada «¿Cómo se mide una caída de tensión según la normativa?»Se utiliza un analizador de calidad de energía que registre la tensión RMS cada medio ciclo según IEC 61000‑4‑30; el evento se caracteriza por su magnitud residual, duración y marcas de tiempo.
¿Las elevaciones de tensión son dañinas para los equipos?
Sección titulada «¿Las elevaciones de tensión son dañinas para los equipos?»Sí. Tensiones superiores al 110 % de la nominal pueden dañar fuentes de alimentación, reducir la vida útil de luminarias LED y causar sobretensiones en equipos electrónicos si no están protegidos.
¿Cómo puedo mitigar las caídas de tensión en una planta industrial?
Sección titulada «¿Cómo puedo mitigar las caídas de tensión en una planta industrial?»La solución más efectiva es instalar un DVR o un UPS en línea para cargas críticas; también es posible mejorar la coordinación de protecciones y utilizar arrancadores suaves para limitar las corrientes de inserción.
¿Qué duración debe tener una caída de tensión para considerarse según IEEE 1159?
Sección titulada «¿Qué duración debe tener una caída de tensión para considerarse según IEEE 1159?»Un evento se clasifica como caída de tensión si su duración es mayor que 0,5 ciclos y menor o igual a 1 minuto; duraciones menores se consideran transitorios, y mayores se catalogan como subtensiones sostenidas.