Sobretensiones y Subtensiones, todo lo que deberias saber y no te atreviste a preguntar.

Últimamente, con todo lo ocurrido con los apagones, es muy probable que hayas oído hablar de términos como sobretensiones (subidas de tensión) y subtensiones (caídas de tensión), y de la necesidad del Control de la tensión. A continuación, te explico de forma sencilla todo lo que deberías saber sobre estos conceptos.

Subtensiones: ¿Qué es la Caída de Tensión?

La caída de tensión (o caída de voltaje) es la llamémosle como "una pérdida de presión" eléctrica que sufre la corriente al recorrer un cable o cualquier componente, desde la fuente de energía hasta el punto de consumo. Piénsalo como una manguera de agua: cuanto más larga, estrecha o con más codos, menos presión tendrás al final. En electricidad, la "presión" es la tensión (voltaje en Voltios, V) y el "caudal" es la corriente (amperaje en Amperios, A).

¿Por qué importa tanto?

• Subtensiones, ponen equipos al límite: Si el voltaje baja demasiado, se produce una subtensión. Los aparatos no reciben la tensión para la que fueron diseñados y pueden arrancar mal, funcionar de forma ineficiente o, incluso, dañarse.
• Más corriente, más pérdidas: Para entregar la misma potencia, si el voltaje baja, la corriente que circula debe ser mayor. Esto incrementa el efecto Joule, disipando más calor en los cables y generando pérdidas de energía.
• Eficiencia por los suelos: Esa energía perdida en forma de calor es puro despilfarro, afectando la eficiencia general de tu instalación.
• Cumplimiento normativo: Las normas (como el REBT en España) fijan límites máximos de caída de tensión para asegurar tanto la seguridad de las instalaciones como el rendimiento óptimo de los equipos.

Fórmulas clave

La caída de tensión depende de varios factores: la corriente (I), la longitud (L) y sección (S) del cable, su resistividad (ρ) y, en corriente alterna, del factor de potencia (cos φ) y la reactancia inductiva (X) del cable.

• Corriente continua (CC)

Δ 𝑈 = 2 𝐼 𝑅 ; 𝑅 = 𝜌. 𝐿/𝑆

• Corriente alterna monofásica (CA)

Δ 𝑈 = 2 𝐼 ( 𝑅 cos ⁡ 𝜙 + 𝑋 sin ⁡ 𝜙 )

– R y X crecen con L.

– Si cos φ baja (mucha potencia reactiva), sin φ sube y el término 𝑋 sin ⁡ 𝜙 Xsinϕ añade más caída.

• Corriente alterna trifásica

– Igual que monofásica, pero con factor Raiz 3​ y corriente de línea.

Ojo: Son aproximaciones; para detalles se usan programas especializados.

Influencia del factor de potencia

Cuando el cos φ es cercano a 1, casi toda la corriente que circula es activa (útil para realizar trabajo). Si el cos φ baja (por ejemplo, con motores muy inductivos), el ángulo de desfase φ crece. Esto significa que la corriente reactiva (no útil para el trabajo, pero necesaria para los campos magnéticos) aumenta y, al pasar por la reactancia del cable, genera una caída de tensión extra. En resumen: un mal factor de potencia "engorda" la corriente y, con cables largos, empeora significativamente la caída de tensión.

La distancia y la sección del cable

Cuanto más lejos tengas tu equipo del cuadro eléctrico o de la subestación, más metros de cable habrá y, por lo tanto, mayor resistencia y reactancia deberá superar la corriente. Por eso, en distancias largas, es crucial usar cables de mayor sección. Esto compensa la resistencia extra y ayuda a mantener la tensión adecuada en el punto de consumo.

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Sobretensiones: El Otro Extremo del Voltaje

Cuando integramos energías renovables como la fotovoltaica, no solo hay que vigilar las subtensiones (caídas), sino también las sobretensiones (subidas de voltaje).

¿Qué son?

Las sobretensiones son aumentos bruscos e indeseados del voltaje por encima de su valor nominal. Pueden causar:

• Daños a equipos: Pueden quemar o acortar drásticamente la vida útil de los dispositivos electrónicos y eléctricos.
• Riesgos de incendio: En casos extremos, el sobrecalentamiento causado por una sobretensión puede provocar incendios.
• Disparos de protecciones: Los inversores solares y otras protecciones se desconectan automáticamente para evitar daños, interrumpiendo la producción de energía y el suministro.

Existen dos tipos principales:

• Transitorias: Son picos de muy corta duración y alta amplitud, causados por fenómenos como rayos o maniobras de desconexión o conexión en la red.
• Temporales o permanentes: Son aumentos de voltaje más sostenidos, provocados por desequilibrios en la red, fallos en la conexión o inyecciones excesivas de energía.

Sobretensiones por Inyección Fotovoltaica

Al inyectar energía desde tus paneles solares a la red eléctrica, tu inversor debe "empujar" esa corriente. Para lograrlo, el voltaje en tu punto de conexión (en el cuadro eléctrico, por ejemplo) debe ser ligeramente superior al voltaje de la red en ese momento. Esta diferencia de voltaje, al circular por la impedancia (resistencia R + reactancia X) del cableado de distribución, genera una sobretensión local en tu instalación.

• Más distancia = más impedancia: Un tramo largo o de sección reducida entre tu instalación y la subestación de distribución implica una mayor resistencia y reactancia del cable.
• Mayor corriente inyectada = mayor subida: Para inyectar más potencia a través de esa impedancia fija, el inversor necesita elevar aún más el voltaje en tu punto de conexión.
• Zonas rurales o finales de línea: En estas ubicaciones, la impedancia de la red suele ser más alta. Si inyectas mucha energía fotovoltaica, el riesgo de sobretensiones se dispara.

Los inversores modernos están programados para desconectarse automáticamente si detectan que el voltaje supera, por ejemplo, el ±7 % sobre 230 V (según el Real Decreto 1955/2000 en España). Esto los protege a sí mismos y a la red, pero lamentablemente implica una pérdida de producción de energía.

Mitigación de sobretensiones

En la práctica, cuando el consumo está al nivel (o muy cerca) de la generación fotovoltaica, las sobretensiones que pudieran aparecer se “autocompensan” con la caída de tensión que provocan las propias cargas.

Sin embargo, en las horas de baja demanda —y además con elevada producción—, sobre todo en líneas muy largas, ya no hay suficiente caída de tensión por consumo que amortigüe esos picos, y ahí es cuando empiezan los problemas de sobretensión.

Para proteger las instalaciones y optimizar la inyección de energía, se aplican varias estrategias:

• Limitar la producción: La normativa establece un límite máximo de potencia inyectable en cada línea, de modo que las sobretensiones no superen los umbrales. Ante un posible exceso, el productor puede elegir entre:
  Limitar su producción a un tope fijo pactado con la distribuidora.
  Costear el refuerzo de la línea para aumentar su capacidad.
  Por lo general, se opta por la primera opción, ya que es más sencilla, económica y rápida de implementar.
  (Actualmente, ya se debate una gestión más dinámica y automatizada de la red, que integre el mix renovable; sin embargo, la normativa aún no está redactada ni tiene fecha prevista.).
• Refuerzos de red: En zonas con alta penetración fotovoltaica, es posible reforzar la red instalando cables de mayor sección y/o transformadores de mayor capacidad. De este modo, la infraestructura absorbe mejor la inyección masiva de potencia sin que el voltaje se dispare. El reglamento especifica, para cada caso, si los costes de los refuerzos deben asumirlos las compañías eléctricas o los propios productores.
• Gestión de inversores: Los inversores más avanzados pueden Modular la potencia activa que inyectan, reduciendo el pico cuando el voltaje se acerca a sus límites, y/o Suministrar o absorber potencia reactiva capacitiva, estabilizando el factor de potencia y manteniendo la tensión dentro de los márgenes.
  Nota: Esta tecnología aún está pendiente de regulación, por lo que, de momento, permanece en stand-by.
• Protectores contra sobretensiones (SPD): Estos dispositivos desvían a tierra los picos transitorios —por rayos o maniobras de conmutación— antes de que lleguen a los equipos. Se tratan tanto los lados DC (paneles) como AC (inversor) de la instalación.
• Cableado interno dimensionado: Dentro de tu instalación, usar cables con la sección adecuada para la potencia generada reduce la impedancia interna y minimiza las subidas de tensión en el punto de conexión.
• Control en líneas de Alta Tensión: En alta tensión, las centrales síncronas ayudan a regular la tensión produciendo o absorbiendo potencia reactiva según se necesite. De ese modo, “imitan” un consumo o una generación reactiva que mantiene el voltaje estable en toda la línea.

Sobretensiones y Subtensiones por Desconexión de Aparatos de Potencia

La desconexión de aparatos de potencia, especialmente si son de gran tamaño o tienen ciertas características eléctricas, puede generar sobretensiones y, en menor medida, subtensiones en la red o en la instalación. Estos fenómenos se conocen como transitorios de conmutación o transitorios de maniobra.

Cuando desenchufamos o desconectamos equipos de potencia, lo que más suele aparecernos es una sobretensión transitoria: esos picos de tensión que se disparan en un abrir y cerrar de ojos y pueden dañar desde los bobinados de un motor hasta la electrónica más sensible. Las causas más habituales son:

• Cargas inductivas (motores, transformadores): Al interrumpir de golpe la corriente en una bobina, la ley de Faraday nos devuelve un pico de tensión altísimo.

• Cargas capacitivas (bancos de condensadores, cables muy largos): La energía que estaba “guardada” se libera en forma de oscilaciones, y esas oscilaciones pueden convertirse en sobretensiones.

• Fallas en el interruptor: Un corte brusco o un arco mal gestionado provoca picos de tensión instantáneos.

Por el contrario, las subtensiones causadas directamente al desconectar un aparato son menos frecuentes —de hecho, lo habitual es ver que la tensión se eleva levemente— pero pueden aparecer de forma indirecta si la desconexión:

• Desenmascara un problema previo: Igual la red ya estaba desequilibrada o con el neutro comprometido, y al quitar un equipo sale a la luz una bajada de tensión en otros puntos.
• Pierde un elemento de compensación: Al desconectar de manera súbita un banco de condensadores, una instalación fotovoltaica o cualquier otro equipo que suministre energía reactiva, se compromete la compensación del factor de potencia. En consecuencia, el cos φ se deteriora y, para mantener la misma potencia activa, la corriente aparente (Is) debe incrementarse. Este aumento de flujo eleva la carga en la red eléctrica y, en última instancia, puede inducir una caída de tensión.
• Causa un efecto dominó: En sistemas muy complejos, el corte de un componente crítico podría iniciar una cascada de desconexiones y, al final, una baja generalizada.

Las sobretensiones transitorias son el principal riesgo asociado a la desconexión de aparatos de potencia, especialmente aquellos con una componente inductiva significativa. Para mitigar estos efectos, se utilizan dispositivos de protección como descargadores de sobretensiones (varistores, diodos TVS), amortiguadores RC (snubbers) y diseños de interruptores que minimizan la velocidad de corte de la corriente.

Sobretensiones por Descargas Atmosféricas

Las descargas atmosféricas (rayos) son una causa importante de sobretensiones transitorias de altísima magnitud. Cuando un rayo impacta, ya sea directamente en la red o cerca de ella, genera un potente pulso electromagnético que induce voltajes extremos en cables y equipos. Esto puede provocar daños severos, desde el deterioro gradual hasta la destrucción total de aparatos electrónicos y eléctricos, e incluso incendios. Por ello, una protección adecuada es absolutamente crucial, utilizando Protectores contra Sobretensiones (SPDs), un correcto sistema de tomas de tierra y un buen aislamiento y separación en las instalaciones.

¿Y los Condensadores para las Subtensiones?

Por último, recuerda que los condensadores se utilizan a menudo para compensar la potencia reactiva inductiva de motores y otras cargas. Al hacerlo, reducen la corriente total que circula por la instalación y mejoran el factor de potencia. Menos corriente y un cos φ más alto significan menos caída de tensión y, por tanto, un voltaje más estable en tus equipos. De esta manera, aunque no eliminen las subtensiones causadas por fallos de red, sí contribuyen a mantener la tensión dentro de límites aceptables al reducir las pérdidas internas.

¡Y eso es todo, amigos!

Con esto, tienes una visión completa de cómo la tensión sube y baja debido al consumo o la inyección de energía, o a la conexión y desconexión de ciertas instalaciones.

También entenderás por qué es vital controlar estas variaciones de tensión y cómo solucionarlas, así como la importancia del Control de Tensión, especialmente en líneas con presencia de energía renovable.