Calidad de Energía
Las variaciones de voltaje en una planta industrial son desviaciones de la tensión respecto a su valor nominal: huecos, sobretensiones, interrupciones, desbalance y parpadeo. En México, el Código de Red pide que tu planta soporte ±5% de forma permanente y ±10% hasta por 20 minutos, y que el desbalance de tensión no pase de 2%.
Si buscas el tema en Google, la mitad de los resultados habla de focos que parpadean en casa. Aquí hablamos de otra cosa: del variador que se dispara a media corrida, del motor que se calienta más que su gemelo y de la línea que se detiene tres segundos y tarda una hora en volver a producir. Spoiler: casi nunca es el foco.
En esta guía:
- Las variaciones de voltaje en cifras
- Los tipos de variación
- Qué límites aplican en México
- Qué le hacen a tus equipos
- De dónde vienen
- Cómo medirlas bien
- Soluciones y cuánto cuestan
- Cuando el problema viene de CFE
- Preguntas frecuentes
Las variaciones de voltaje en cifras
Lo esencial, con fuente:
| Dato | Valor |
|---|---|
| Rango de tensión que tu planta debe soportar de forma permanente | ±5% de la nominal (Código de Red, Tabla 2.1.A) |
| Rango temporal, hasta 20 minutos | ±10% de la nominal (Tabla 2.1.B) |
| Desbalance de tensión máximo en media y alta tensión | 2%, percentil 95 de una semana |
| Desbalance de corriente máximo | 15%, promedio de una semana |
| Parpadeo (flicker) | Pst menor a 1 y Plt menor a 0.8 |
| Tolerancia de tensión en el contrato de CFE en media tensión | ±10% (contrato de suministro básico) |
| Huecos contra interrupciones en un cliente urbano | Más de 20 huecos al año contra 1 o 2 interrupciones (PG&E) |
¿Qué tipos de variaciones de voltaje existen?
“Variación de voltaje” es un paraguas. Debajo caben eventos que duran medio ciclo y otros que duran horas, y cada uno tiene causa y remedio distintos. La referencia más usada para nombrarlos es la norma IEEE 1159, que los clasifica por magnitud y por duración.
| Tipo | Magnitud | Duración | Causa típica |
|---|---|---|---|
| Hueco de tensión (sag) | 10% a 90% de la nominal | Medio ciclo a 1 minuto | Fallas en la red, arranque de motores grandes |
| Sobretensión breve (swell) | 110% a 180% | Medio ciclo a 1 minuto | Desconexión de cargas grandes, falla a tierra en otra fase |
| Interrupción | Menos de 10% | Desde medio ciclo; sostenida si pasa de 1 minuto | Operación de protecciones y recierres |
| Subtensión sostenida | 80% a 90% | Más de 1 minuto | Transformador sobrecargado o tap mal elegido |
| Sobretensión sostenida | 110% a 120% | Más de 1 minuto | Tap alto o capacitores fijos con poca carga |
| Desbalance | Típico de 0.5% a 2% | Estado estable | Cargas monofásicas mal repartidas |
| Fluctuación (flicker) | 0.1% a 7% | Intermitente | Hornos de arco, soldadoras, cargas cíclicas |
Una precisión de nombre: en español verás “hueco”, “sag”, “depresión” y “caída momentánea” para lo mismo. El que más daño hace en la industria es el hueco, y no por profundo, sino por frecuente.
¿Qué límites de voltaje aplican en México?
Hay tres documentos que conviene no mezclar, porque cada uno obliga a alguien distinto:
- Código de Red (RES/550/2021). Obliga a tu planta como centro de carga: seguir conectada dentro de los rangos de tensión, no provocar parpadeo fuera de límite y no desbalancear la red.
- Contrato de suministro de CFE en media tensión. Fija la tensión contratada con una tolerancia de ±10% y la frecuencia con ±0.8%.
- Especificación CFE L0000-45. Es la referencia técnica de CFE para perturbaciones: desbalance de tensión de 2% en 1 kV o más y de 3% abajo de 1 kV.
| Tensión nominal | Permanente (±5%) | Hasta 20 minutos (±10%) |
|---|---|---|
| 13.8 kV | 13.11 a 14.49 kV | 12.42 a 15.18 kV |
| 23 kV | 21.85 a 24.15 kV | 20.7 a 25.3 kV |
| 34.5 kV | 32.775 a 36.225 kV | 31.05 a 37.95 kV |
Ahora la letra chica. Si tu demanda contratada en media tensión es menor a 1 MW, el Código de Red solo te exige el requisito de desbalance de tensión y de corriente; los límites de parpadeo y de armónicos eléctricos son para centros de carga de 1 MW en adelante. El desbalance se mide con equipo Clase A, en agregados de 10 minutos, durante una semana, y el percentil 95 no debe pasar de 2%.
Otra trampa común: si un reporte te marca Plt de 0.65 como límite, viene de la L0000-45 de CFE, edición 2005. El Código de Red fija 0.8. Conviene saber cuál de los dos te están aplicando antes de discutir el resultado.
¿Qué le hacen las variaciones de voltaje a tus equipos?
El equipo moderno es más eficiente y también más delicado. Un motor de inducción aguanta un hueco de medio segundo sin enterarse; el variador que lo controla, muchas veces no.
| Equipo | Qué le pasa | Umbral típico |
|---|---|---|
| Variador de frecuencia | Se dispara por baja tensión en su bus de CD | Muchos vienen ajustados para disparar con un hueco a 90% de la nominal |
| Contactores y relés | Se abren y sueltan el arrancador | Huecos a 50% o 70% que duran más de 1 ciclo |
| PLC | Se reinicia o pierde salidas | Desde modelos que aguantan hasta 50% hasta supersensibles que disparan abajo de 90% en pocos ciclos |
| Motor de inducción con desbalance | Se calienta y vibra | Calentamiento extra de 2 × (desbalance en %)² |
El caso del motor merece números. Con 3% de desbalance de tensión, la fórmula da 18% más de calentamiento, y cada 10 °C extra recorta a la mitad la vida del aislamiento, según Pumps & Systems. La misma fuente explica que la corriente se desbalancea de 6 a 10 veces más que la tensión.
La guía del Departamento de Energía recomienda no pasar de 1% y, arriba de eso, reducir la carga del motor según la curva de NEMA MG-1. Con 5% de desbalance, el motor debería trabajar a cerca de 75% de su potencia.
Para saber si un equipo debería aguantar un hueco existen dos curvas de referencia: la ITIC, pensada para equipo de cómputo, y la SEMI F47, de la industria de semiconductores.
| Hueco | ITIC | SEMI F47 |
|---|---|---|
| A 50% de la tensión | Solo 20 ms, igual que un corte total | Hasta 200 ms |
| A 70% | Hasta medio segundo | Hasta medio segundo |
| A 80% | Hasta 10 segundos | Hasta 1 segundo |
Pedir SEMI F47 al comprar un tablero de control cuesta una línea en la orden de compra y te ahorra paros futuros.
¿Y cuánto cuesta todo esto en conjunto? EPRI estimó en 2001 que las perturbaciones eléctricas le cuestan a la economía de Estados Unidos más de 119 mil millones de dólares al año. En tu planta la cuenta es más simple: minutos de paro por hueco, por huecos al año, por lo que vale un minuto de línea.
¿De dónde vienen las variaciones de voltaje?
Hay dos orígenes, y saber cuál es el tuyo decide quién paga la solución.
Afuera de tu planta. La mayoría de los huecos viene de fallas en la red. En un cliente industrial estudiado por EPRI, los huecos que pararon su proceso vinieron 46% de fallas en alimentadores vecinos, 23% de su propio alimentador y 31% del sistema de transmisión, según PG&E.
Más de tres de cada cuatro nacieron fuera del circuito que le da servicio, como cuando te despierta la alarma del vecino. ABB, por su parte, atribuye 47% de los huecos al clima, sobre todo viento y rayos.
Adentro de tu planta. El arranque directo de un motor grande pide de 6 a 8 veces su corriente nominal y produce huecos menos profundos pero más largos. La conexión de un banco de capacitores genera transitorios que pueden disparar variadores desde 1.2 veces la tensión nominal. Y las cargas monofásicas mal repartidas, las soldadoras o un fusible fundido en un banco de capacitores desbalancean las fases.
| Síntoma | Origen probable | Primer sospechoso |
|---|---|---|
| Varios variadores se disparan a la vez, sin patrón de horario | Externo | Falla en la red del suministrador |
| Una línea se cae cada vez que arranca un compresor | Interno | Arranque directo de un motor grande |
| Disparos por sobretensión a la misma hora | Interno | Conmutación de un banco de capacitores |
| Un motor se calienta más que su gemelo | Interno o externo | Desbalance de tensión |
| Tensión baja durante todo el turno | Interno | Transformador sobrecargado o tap mal elegido |
Cómo medir las variaciones de voltaje
El multímetro sirve para muchas cosas, pero no para esto. Toma una lectura puntual, y un hueco de 100 milisegundos pasa entre lectura y lectura sin dejar rastro. Es como buscar estrellas fugaces tomando una foto cada hora.
El Código de Red pide medir con equipo conforme a IEC 61000-4-30 Clase A o a la NMX-J-610-4-30-ANCE-2018, con agregados de 10 minutos y percentil 95 sobre 7 días. Fluke recuerda que las mediciones Clase A “pueden ser utilizadas en conflictos legales o contractuales”, que es justo lo que necesitas si vas a reclamarle a alguien.
Para que una medición de calidad de energía sirva de verdad, pide tres cosas: que registre cada evento con fecha, hora, profundidad y duración; que grafique los eventos contra la curva ITIC; y que alguien cruce esos registros con la bitácora de paros de producción. Sin ese cruce, tienes muchas gráficas y ninguna respuesta.
Como referencia de valores reales, una tesis de la UNAM de 2020 midió durante 7 días un centro de carga alimentado en 34.5 kV: desbalance de tensión de 0.5% en sus dos transformadores, desbalance de corriente de 2.5% y 3.9%, y tensión dentro de ±5%. Una instalación sana se ve así de aburrida, y aburrido es bueno.
Soluciones para variaciones de voltaje y cuánto cuestan
La solución más barata suele ser la primera de la lista, y la más cara casi nunca es la que hace falta. El orden importa: medir, ajustar y solo después comprar.
| Solución | Qué resuelve | Costo o dato de referencia |
|---|---|---|
| Bajar el umbral de disparo del variador y activar el arranque al vuelo | Disparos por huecos cortos | Casi cero; bajar el disparo de 90% a 70% reduce mucho los eventos |
| Convertidor elevador en el bus de CD del variador | Huecos de 50% durante 30 ciclos | 100 a 200 dólares por kW |
| Arrancador suave o variador en motores grandes | Huecos internos por arranque | Baja la corriente de arranque a 3 o 4 veces la nominal |
| Repartir cargas monofásicas y revisar fusibles de bancos | Desbalance | Mano de obra |
| Ajustar el tap del transformador | Subtensión o sobretensión sostenida | Pasos típicos de 2.5%, se cambian sin carga |
| Acondicionador de tensión (AVC) | Huecos, desbalance y regulación continua de ±10% | Equipos de 160 kVA a 30 MVA |
| UPS o motor generador | Huecos e interrupciones | 500 a 1,000 dólares por kW |
El acondicionador de tensión tiene un caso documentado por ABB en China: una planta con más de 10 huecos al año, de los cuales 3 o 4 paraban la producción, reporta haber evitado 30,000 dólares de pérdidas en un solo hueco. Es un caso del fabricante, pero da la escala.
Si además tienes armónicos o bancos de capacitores que conmutan seguido, la solución cambia de forma; lo cubrimos en soluciones para mejorar la calidad de energía.
Cuando el problema viene de CFE
El contrato de suministro básico en media tensión fija la tolerancia de tensión en ±10%. Su cláusula vigésima quinta da derecho a indemnización si, por causa imputable al distribuidor, hay “cambios súbitos en las características del Suministro Eléctrico” que dañen tus instalaciones o equipos. No procede en caso fortuito o fuerza mayor.
| Requisito | Qué dice el contrato |
|---|---|
| Plazo | Dentro de los 15 días hábiles siguientes a la falla, en un centro de atención |
| Contenido | Narración de los hechos, daños sufridos, su valor comercial y la documentación que lo respalde |
| Alcance | Daños a instalaciones, equipos y aparatos; no menciona producción perdida |
Sin datos, la reclamación es tu palabra contra la del suministrador. Con un analizador instalado tienes la hora exacta, la profundidad y la duración del evento, y eso cambia la conversación.
Preguntas frecuentes
Son desviaciones de la tensión respecto a su valor nominal. Incluyen huecos, sobretensiones, interrupciones, subtensiones y sobretensiones sostenidas, desbalance entre fases y parpadeo. Cada una tiene causas y soluciones distintas.
El Código de Red pide que la planta soporte ±5% de forma permanente y ±10% hasta por 20 minutos fuera del estado operativo normal. El contrato de CFE en media tensión fija una tolerancia de ±10%.
Es una caída de la tensión a entre 10% y 90% de la nominal durante medio ciclo a un minuto, según IEEE 1159. Es la perturbación más frecuente y la que más paros causa en variadores, contactores y PLC.
En media y alta tensión, el Código de Red limita el desbalance de tensión a 2%, medido como percentil 95 de una semana. Para proteger motores, la guía del Departamento de Energía de EUA recomienda no pasar de 1%.
Apagar incendios vs medir primero
| Apagar incendios | Medir primero |
|---|---|
| Se culpa a CFE de todos los paros | Se separan eventos externos e internos con hora exacta |
| Se compra un regulador por si acaso | Se ajustan disparos y arranques antes de comprar |
| El desbalance aparece cuando se quema un motor | Se compara el percentil 95 semanal contra el 2% |
| La reclamación a CFE no prospera por falta de pruebas | Se reclama en 15 días hábiles con registro Clase A |
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