¿Qué causa la subtensión y la sobretensión en las fábricas?

La subtensión y la sobretensión son algunos de los problemas de calidad eléctrica más comunes en las instalaciones industriales. En entornos production reales, rara vez se originan por una única causa.

A partir de la observación a largo plazo de los sistemas eléctricos de las fábricas, en particular de las instalaciones que utilizan estabilizadores de tensión industriales y transformadores, los problemas de tensión suelen deberse a una combinación de inestabilidad de la red eléctrica, comportamiento de la carga interna y diseño o gestión inadecuados del sistema eléctrico.

Desde la perspectiva de un estabilizadores de tensión fabricante de equipos como ZHENGXI, la tensión anómala es una de las causas más frecuentes de averías en motores, reinicios de PLC, alarmas de variadores y tiempos de inactividad inexplicables de production. Si no se controla, puede dañar motores, PLC e inversores, transformadoresy otros equipos sensibles, lo que provoca defectos product, paradas imprevistas y un aumento de los costes de mantenimiento.

Esta guía explica las causas reales de la subtensión y la sobretensión en las fábricas, basándose en la experiencia práctica de los ingenieros y en los conocimientos de fabricación a largo plazo de las aplicaciones industriales de energía.

¿Qué es la subtensión y la sobretensión?

Subtensión

Esto ocurre cuando la tensión es inferior al rango aceptable, es decir, -10% de la tensión nominal.

Sobretensión

Esto ocurre cuando la tensión es superior al rango aceptable, es decir, +10% de la tensión nominal.

En un sistema de production continua, incluso pequeñas fluctuaciones de tensión pueden provocar una disminución de la fiabilidad de los equipos y acortar su vida útil.

Principales causas de subtensión en las fábricas

1. Arranque con cargas pesadas

Las grandes cargas industriales, como motores, compresores, trituradoras y trenes de laminación, consumen alta corriente de irrupción durante el arranque.
Esta repentina demanda de corriente provoca una caída temporal de la tensión en los transformadores y cables de distribución.

Escenario típico:
Varios motores grandes arrancan simultáneamente en el mismo alimentador, algo que se observa con frecuencia en talleres que amplían su capacidad sin mejorar el sistema eléctrico original.

2. Capacidad de alimentación insuficiente

Cuando el transformador de la red pública o el transformador de distribución interna están subdimensionados, se producen caídas de tensión cada vez que aumenta la demanda de carga.

En muchas fábricas, el funcionamiento a largo plazo cerca o por encima de la capacidad nominal provoca subtensión crónicaespecialmente durante las horas punta. Según la experiencia práctica, este problema no suele plantearse hasta que se añaden nuevas máquinas.

3. Cables largos y mal diseño

En las grandes plantas industriales, la transmisión de energía a larga distancia aumenta la impedancia de la línea.

La caída de tensión se agrava cuando:

• Las secciones de los cables son demasiado pequeñas
• Conductores viejos o de mala calidad

Bajo carga, estos factores se combinan para producir una pérdida de tensión excesiva en los terminales del equipo.

4. Caída de tensión de la red eléctrica

Algunos eventos de subtensión se originan fuera de la fábrica y están fuera de control directo, tales como:

• Fallos de red en alimentadores cercanos
• Sobrecargas en subestaciones
• Periodos de máxima demanda

Estas condiciones provocan caídas de tensión a corto plazo o recurrentes, que pueden perturbar procesos industriales sensibles.

5. Factor de potencia deficiente

Un factor de potencia bajo aumenta el consumo de corriente para la misma potencia real.

Mayor corriente resulta en:

• Aumento de la caída de tensión
• Sobrecalentamiento del transformador y del cable

En muchas auditorías de fábricas, el factor de potencia deficiente es uno de los factores que más subestiman los problemas de subtensión a largo plazo.

Principales causas de sobretensión en las fábricas

1. Rechazo repentino de carga

Cuando las grandes cargas se desconectan bruscamente, la tensión del sistema puede aumentar considerablemente.

Las situaciones más comunes son:

• Paradas de emergencia
• Paradas de motores grandes
• Eventos de eliminación de fallos

Estas sobretensiones transitorias son especialmente perjudiciales para los sistemas de control electrónico.

2. Ajuste incorrecto de la toma del transformador

Si los cambiadores de tomas del transformador se ajustan demasiado altos, aumenta la tensión secundaria.

Esto suele ocurrir después:

• Ajustes de tensión
• Cambios en el perfil de carga

sin una recalibración adecuada de los transformadores in situ.

3. Problemas de corrección del factor de potencia

Las baterías de condensadores mal diseñadas pueden provocar sobrecompensaciónque conduce a:

• Aumento de tensión
• Resonancia con inductancia del sistema

Desde el punto de vista de la ingeniería, este riesgo es significativamente mayor en sistemas con cargas no lineales o fluctuantes.

4. Suministro inestable o mal regulado

En condiciones de poca carga en la red, la tensión de la red puede desviarse por encima de los niveles nominales.

Las fábricas situadas al final de las líneas de distribución son especialmente vulnerables a este tipo de sobretensión.

5. Armónicos y cargas no lineales

Equipos como:

• VFDs
• Rectificadores
• Sistemas SAI
• Máquinas de soldar

introducen armónicos que distorsionan las formas de onda de la tensión. En la práctica, los armónicos pueden crear condiciones efectivas de sobretensión que aceleran el envejecimiento del aislamiento e interfieren con la electrónica de control.

Por qué son peligrosas la subtensión y la sobretensión

Efectos de la subtensión

• Sobrecalentamiento del motor y pérdida de par
• Reinicios del PLC y fallos de control
• Aumento de la tensión en cables y transformadores
• Interrupciones de la producción y tiempos de inactividad imprevistos

Efectos de la sobretensión

• Rotura del aislamiento en motores y transformadores
• Daño inmediato a los componentes electrónicos
• Reducción de la vida útil de los equipos
• Disparos molestos de los dispositivos de protección

Por experiencia en la fabricación, ambas condiciones coexisten a menudo en la misma instalación en diferentes fases de funcionamiento, lo que aumenta el riesgo global del sistema.

Cómo pueden evitar las fábricas los problemas de tensión

Medidas prácticas de mitigación

El control eficaz de la tensión en las fábricas suele requerir un enfoque sistémicoincluyendo:

• Reguladores automáticos de tensión (AVR) industriales o estabilizadores de tensión
• Dimensionamiento adecuado del transformador y planificación realista de la carga
• Alimentadores específicos para cargas pesadas o de impacto
• Arrancadores suaves o variadores de frecuencia para motores grandes
• Corrección del factor de potencia combinada con filtrado de armónicos
• Control continuo de la calidad de la energía

Normas como IEEE 1159, Directrices de la CEI sobre calidad de la energíay las mejores prácticas adoptadas por los proveedores de soluciones industriales hacen hincapié en la gestión proactiva de la tensión en lugar de la reparación reactiva de averías.

Subtensión vs Sobretensión: Comparación rápida

FAQ

P1: ¿Puede la subtensión dañar permanentemente los motores?
Sí. La subtensión continua aumenta la corriente del motor, provocando sobrecalentamiento, envejecimiento acelerado del aislamiento y, finalmente, avería.

P2: ¿Es más peligrosa la sobretensión que la subtensión?
Ambas son perjudiciales. La sobretensión puede causar daños electrónicos inmediatos, mientras que la subtensión suele provocar estrés térmico a largo plazo.

P3: ¿Cómo controlan las fábricas los problemas de tensión?
Mediante el uso de analizadores de calidad eléctrica, contadores inteligentes y sistemas de monitorización continua conformes con las normas IEEE e IEC.

Consejo experto para plantas industriales

Según la experiencia de las aplicaciones de fábrica a largo plazo, si las fluctuaciones de tensión se producen con frecuencia, la instalación de un estabilizador de tensión industrial o AVR en el nivel de distribución principal suele ser una de las soluciones más eficaces y económicas a largo plazo, especialmente para instalaciones con líneas de productión en expansión o equipos sensibles.