Técnicos¿Por qué es fundamental calcular la caída de tensión en una instalación eléctrica?
La caída de tensión es un parámetro clave en el diseño y funcionamiento de las instalaciones eléctricas.
La caída de tensión excesiva puede provocar un mal funcionamiento de los equipos eléctricos, debe tenerse en cuenta que la caída de tensión en un componente, especialmente un cable, es representativa de la pérdida de energía en ese componente.
En este artículo, trataremos:
- Métodos de cálculo
- Fórmulas y normas que deben respetarse
- Herramientas como elec calc para analizar y optimizar una instalación
Definición de caída de tensión
Cualquier corriente que pase a través de una impedancia genera una diferencia de potencial entre su origen y su final. Esto conduce a una disminución en el voltaje entre el origen y el final del circuito.
Esta diferencia de potencial se denomina caída de tensión.
En una instalación eléctrica, los principales componentes involucrados son transformadores y cables.
Depende de varios factores:
- La longitud del cable
- La sección del conductor
- La resistividad y reactancia del material
- La intensidad de la corriente
- El factor de potencia del circuito
Límites reglamentarios de caída de tensión
El reglamento REBT establece valores máximos para garantizar el buen funcionamiento de las instalaciones eléctricas en la ITC-BT-19.
Por ejemplo, en el caso de instalaciones industriales alimentadas en alta tensión mediante un transformador propio, los valores máximos permitidos son 4.5% para circuitos de alumbrado y 6.5% para los demás usos.
La norma IEC 60364-5-52 establece los siguientes valores máximos:
Métodos para calcular la caída de tensión
Se pueden utilizar diferentes enfoques para evaluar la caída de tensión de acuerdo con la precisión deseada.
Fórmula aproximada (IEC 60364-5-52)
Esta fórmula es adecuada para circuitos equilibrados monofásicos, bifásicos y trifásicos con un factor de potencia superior a 0,8:
Figura 2: Fórmula matemática para la caída de tensión según IEC 60364-5-52
Método vectorial (AFNOR FD C 15-500)
Este enfoque más preciso se basa en una representación vectorial de los voltajes y corrientes en el cable. Sin embargo, no tiene en cuenta ningún desequilibrio en los circuitos trifásicos.
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- U1: Tensión simple o compuesta originaria del cable
- U2: Tensión simple o compuesta en el extremo del cable
- φ: ángulo de desfase de la corriente en el cable
- Z: Impedancia del cable = √R2+X2
- R: resistencia del cable = ρ1LS
- X: reactancia del cable = λL
u=U1+IbRcosφ+IbXsinφ−√U12−(IbXcosφ−IbRsinφ)²
El porcentaje de caída de tensión equivalente es:
• Para circuitos trifásicos y monofásicos Δu=100uU0
• Para circuitos bifásicos Δu=100uU0√3
• U0: tensión nominal entre fase y neutro en voltios
Método detallado
Para un cálculo preciso de las caídas de tensión, el método exacto es calcular la tensión residual (módulo y fase) en cualquier punto de conexión de la instalación y para cada conductor.
En el caso de una instalación de una sola fuente, un cálculo secuencial en cada sección de cable permite llegar al resultado teniendo en cuenta las impedancias de cada conductor y las corrientes que pasan a través de cada uno de estos conductores. La caída de tensión real en % se calcula comparando el módulo de tensión más bajo en el punto de alimentación del receptor y el módulo de tensión en el origen de la instalación.
En el caso de instalaciones con varias fuentes que están destinadas a abastecer a la red simultáneamente, el cálculo es muy complejo e implica métodos de cálculo matriciales iterativos (cálculo del flujo de carga). La descripción de estos métodos está más allá del alcance de este libro.
Verificación y optimización de caídas de tensión con elec calc
El software elec calc permite analizar y verificar varios parámetros:
- Caída de tensión individual de un componente
- Caída de tensión general entre la fuente y el receptor
- Caída de tensión en estado estacionario y en arranque
Figura 4: Análisis de caídas de tensión en una red eléctrica con elec calc
Gestión de transformadores y cambiadores en elec calc
Un regulador de tensión o cambiador de tomas permite ajustar el voltaje de salida de un transformador de acuerdo con los cambios en la red o la carga.
elec calc simula tres escenarios:
- Sin cambiador → Adición de las caídas de tensión de la red aguas arriba, el transformador y la red aguas abajo. Esto permitirá obtener la tensión residual exacta a nivel de cada receptor.
- Cambiador en vacío → Ajuste del voltaje sin carga al secundario del transformadorEste dispositivo permite eliminar la diferencia entre el voltaje real de la red aguas arriba y el voltaje primario asignado del transformador. Este ajuste se realiza generalmente cuando el transformador se pone en servicio para obtener la tensión en vacío asignada al secundario del transformador.
- Cambiador en carga → Supresión de la caída de tensión interna del transformador independientemente de la carga aguas abajo.
Figura 5: Efecto de los cambiadores de tomas en la caída de tensión
¿Cómo reducir la caída de tensión?
Para limitar la caída de tensión en una instalación eléctrica, se pueden poner en marcha varias soluciones:
- Aumentar la sección del conductor
- Reducir la longitud del cable
- Utilizar materiales con baja resistividad (cobre en lugar de aluminio)
- Mejorar el factor de potencia mediante la adición de condensadores
- Comprobar la instalación con software de simulación como elec calc
Conclusión
Calcular y controlar la caída de tensión es fundamental para garantizar el buen funcionamiento de las instalaciones eléctricas. El cumplimiento de las normas vigentes y el uso de herramientas de simulación adecuadas permiten optimizar el dimensionamiento de los conductores y garantizar la fiabilidad de la red.
Para ir más allá y realizar un análisis preciso, elec calc ofrece una solución completa que integra cálculos detallados y alertas en caso de que se superen los umbrales reglamentarios.
Este artículo fue escrito por:
Jérôme MULLIE
Director Técnico - Trace Software
Además de proporcionar una solución de cálculo completa, también queremos compartir nuestra experiencia en ingeniería eléctrica con los actores del sector para apoyarles en el diseño y la operación de sus instalaciones.
