Hay desbalance de tensión cuando las tres tensiones de fase no tienen el mismo valor o no están separadas 120°. Un desbalance pequeño en la tensión produce un desbalance de corriente varias veces mayor en los motores de inducción, porque la componente de secuencia negativa crea un campo que gira al revés y calienta el rotor. Según NEMA MG 1, por encima del 1 % hay que reducir la carga del motor y no se recomienda operarlo por encima del 5 %. Las causas más comunes están dentro de la planta: cargas monofásicas mal repartidas, conexiones con alta resistencia y bancos de condensadores con una fase dañada.
Qué es el desbalance de tensión
En un sistema trifásico ideal, las tres tensiones tienen el mismo valor y están desfasadas 120° entre sí. El desbalance (o desequilibrio) aparece cuando eso deja de cumplirse: una fase más baja que las otras, o ángulos que no son exactamente 120°.
Hay dos formas de medirlo:
- Definición NEMA (la más usada en la práctica en América): con las tres tensiones entre fases, se calcula el promedio y la mayor desviación de una de ellas respecto a ese promedio; el desbalance es esa desviación dividida por el promedio, en porcentaje. Con 462, 463 y 455 V, el promedio es 460 V, la mayor desviación es 5 V y el desbalance es 1,1 %.
- Definición por componentes simétricas: la relación entre la tensión de secuencia negativa y la de secuencia positiva (V2/V1). Es la que usan las normas IEC y la regulación colombiana: la Resolución CREG 016 de 2007 la incluye entre los indicadores de calidad de la potencia que miden los operadores de red, con instrumentos clase A.
La segunda tiene en cuenta los ángulos y es más rigurosa; la primera se calcula con un multímetro. Con desbalances pequeños dan valores parecidos.
Por qué calienta los motores
Un sistema desbalanceado se puede descomponer en una parte equilibrada que gira en el sentido normal (secuencia positiva) y otra que gira al revés (secuencia negativa). En un motor de inducción, la tensión de secuencia negativa crea un campo magnético que gira en sentido contrario al rotor. Para ese campo, el deslizamiento del rotor es cercano a 2, y la impedancia que presenta el motor es muy baja, parecida a la de arranque.
Consecuencia: un desbalance de tensión pequeño produce un desbalance de corriente varias veces mayor. Esas corrientes de secuencia negativa inducen corrientes de doble frecuencia en el rotor que lo calientan, además de calentar los devanados del estator de forma desigual. El motor pierde par, vibra más y envejece más rápido, aunque la corriente promedio parezca normal.
NEMA MG 1 lo cuantifica: un motor de inducción de diseño NEMA soporta hasta 1 % de desbalance de tensión sin reducir su carga. Por encima, debe reducirse su potencia según una curva de la norma, y no se recomienda operarlo con más de 5 %. La norma advierte también que la protección de sobrecarga debe tener en cuenta tanto la reducción como el aumento de corriente que produce el desbalance.
Lo explicamos desde la protección en motor de inducción y sus protecciones.
De dónde viene
| Causa | Dónde está | Cómo se nota |
|---|---|---|
| Cargas monofásicas mal repartidas | Dentro de la planta: iluminación, oficinas, soldadoras, hornos monofásicos | Corriente de neutro alta, una fase más cargada |
| Conexión floja o de alta resistencia en una fase | Bornes, empalmes, contactos de interruptores | Punto caliente en termografía, caída de tensión en una fase |
| Fusible fundido en un banco de condensadores | Un paso del banco con una fase sin compensación | Diferencia de reactiva entre fases |
| Banco de transformadores monofásicos desiguales o en triángulo abierto | Subestación de la planta | Desbalance permanente desde la energización |
| Tomas distintas entre unidades monofásicas | Transformadores monofásicos | Una fase con tensión distinta |
| Red del operador con cargas monofásicas grandes | Fuera de la planta, en redes rurales o de distribución extensa | Desbalance que aparece en la frontera aunque la planta esté en vacío |
Para saber si el desbalance es de la planta o de la red, se mide en la frontera con la planta parada y en producción, y se compara.
Cómo se mide
Con un analizador de calidad de potencia durante varios días, que registre las tres tensiones, sus componentes de secuencia y las corrientes por fase. La medición puntual con un multímetro sirve para detectar un problema grueso, pero el desbalance cambia con la carga y con la hora.
En los motores, el relé de protección suele mostrar la corriente de secuencia negativa o el desbalance de corriente. Un valor que crece con el tiempo es una señal temprana.
Protecciones relacionadas
- Secuencia negativa 46: mide la corriente de secuencia negativa del motor o del generador y dispara cuando su efecto térmico supera lo que soporta la máquina.
- Secuencia de fases 47: vigila la tensión de secuencia negativa, para fases invertidas o desbalance severo antes de arrancar.
- Sobrecarga térmica 49 con secuencia negativa incluida en el modelo térmico, disponible en muchos relés de motor. Vea relé de protección de motor.
Un disparo frecuente por 46 en un motor sano casi siempre apunta a la red, no al motor.
- ¿El desbalance aparece en la frontera con la planta parada?
- SíOrigen en la red del operador; medir y documentar para el reclamo
- No¿Hay corriente de neutro alta o una fase más cargada?
- SíRedistribuir cargas monofásicas
- No¿Hay un punto caliente o una caída de tensión en una fase?
- SíCorregir la conexión o el contacto defectuoso
- NoRevisar fusibles de bancos y tomas de transformadores monofásicos
Cómo se corrige
- Redistribuir las cargas monofásicas entre las tres fases.
- Corregir conexiones de alta resistencia detectadas con termografía.
- Reparar el banco de condensadores: un paso con una fase abierta desbalancea la compensación.
- Revisar los transformadores monofásicos: tomas iguales y unidades equivalentes.
- Ajustar las protecciones de los motores para que reflejen el desbalance real y no disparen sin razón.
- Reclamar al operador de red con mediciones clase A cuando el origen es externo.
Cómo le ayudamos
Nuestro equipo mide y analiza el desbalance de su planta, identifica si viene de la red o de sus cargas y propone la corrección, incluida la revisión de los ajustes de las protecciones 46 y 49 de sus motores. El análisis lo hacemos de forma remota con sus mediciones y, si hace falta ajustar relés, con la configuración remota de relés; en Colombia también medimos en sitio. Conozca nuestro servicio de calidad de potencia y escríbanos.
Guías relacionadas
- Calidad de energía en la industria
- Secuencia negativa 46
- Secuencia de fases 47
- Motor de inducción y sus protecciones
- Relé de protección de motor
- Huecos de tensión en la industria
- Variador que se dispara
Referencias
- NEMA MG 1, Motors and Generators (operación con tensiones desbalanceadas).
- IEC 60034-26, Effects of unbalanced voltages on the performance of three-phase cage induction motors.
- IEC 61000-4-30, Power quality measurement methods.
- CREG, Resolución 016 de 2007, calidad de la potencia eléctrica.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula el desbalance de tensión?
NEMA lo calcula con las tres tensiones entre fases: la mayor desviación respecto al promedio, dividida por el promedio, en porcentaje. Las normas IEC y la regulación colombiana de calidad de potencia lo expresan como la relación entre la tensión de secuencia negativa y la de secuencia positiva. Con desbalances pequeños los dos resultados son parecidos, pero no idénticos.
¿Cuánto desbalance de tensión soporta un motor?
Según NEMA MG 1, un motor de inducción de diseño NEMA soporta hasta 1 % de desbalance sin reducir su carga; por encima de ese valor debe reducirse según la curva de la norma, y no se recomienda operarlo con más de 5 %. El fabricante puede indicar criterios propios para cada motor.
¿Qué protección detecta el desbalance en un motor?
La función de secuencia negativa o desbalance de corriente (46), que mide la corriente de secuencia negativa del motor, y en algunos relés la de tensión de secuencia negativa (47). Muchos relés de motor incluyen además la secuencia negativa en el modelo térmico, porque esa corriente calienta el rotor más que la corriente de secuencia positiva.