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Capítulo 1.
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Definición y conceptos de Calidad de Potencia
Calidad de Potencia es la rama de la Ingeniería Eléctrica que estudia las condiciones a
cumplir por la Energía Eléctrica recibida por el usuario, de manera tal que le facilite
cumplir las funciones para la que se la adquiere, permitiendo el funcionamiento de sus
equipos dentro de las condiciones de diseño, alcanzando así el rendimiento y vida útil
nominales.
La disponibilidad de energía eléctrica con Calidad adecuada se encuentra sumamente
relacionada con el rendimiento y la vida útil. Puede decirse que la deficiencia en
Calidad de Potencia es todo aquel apartamiento de tensión, en magnitud, frecuencia o
forma de onda que conduce al daño, falla o mal funcionamiento del equipo de uso final.
Como se ve en el párrafo anterior, el área de estudio puede denominarse indistintamente
Calidad de Potencia o Calidad de Energía, ya que el factor tiempo que las relaciona está
implícito en el uso de la electricidad. No obstante el término Calidad de Potencia es más
usado en EE.UU. en cambio en Europa se prefiere la denominación Calidad de Energía.
En nuestro medio se han impuesto términos como Calidad de Producto Técnico,
Calidad de Servicio Técnico y Calidad de Servicio Comercial, que se encuentran
claramente definidos en la reglamentación nacional y en los contratos de concesión de
las empresas distribuidoras de energía eléctrica ya privatizadas. La calidad de producto
técnico, como fue mencionado, está relacionada con las características de la tensión que
recibe el usuario, el concepto de calidad de servicio técnico expresa la disponibilidad de
esa potencia en bornes del usuario. La calidad de servicio comercial se refiere
exclusivamente a temas contractuales y de trato comercial entre el usuario y la
distribuidora.
En este momento resulta oportuno indicar que el término calidad de servicio técnico
coincide plenamente con el significado de Confiabilidad (también denominada
Fiabilidad, que en inglés se expresa como Reliability). La confiabilidad se relaciona
mucho más con la continuidad del servicio que con las características de la tensión
suministrada, o sea con la existencia de energía eléctrica. No obstante, ambos conceptos
se entrecruzan, ya que como se estudiará más adelante, uno de los eventos clásicos de
Calidad de Potencia (producto técnico), en el caso límite o extremo se transforma en un
problema de Confiabilidad (servicio técnico). Por ello los principales índices que la
definen se basan en las interrupciones, cantidad y duración, que solo se considera que
existe cuando su duración es mayor que tiempos de 1 a 3 minutos (en los contratos de
concesión vigentes en la República Argentina se toman los tres minutos) [1].
En cambio, la calidad de producto técnico se la considera frecuentemente como
sinónimo de “adecuación” o “usabilidad”, ya que las características de la tensión
(magnitud, frecuencia y forma de onda) determinan la habilidad de un determinado
elemento, equipo o sub-sistema para cumplir continuamente y en forma satisfactoria con
la función para la cual ha sido concebido.
Estos conceptos dan lugar a la diferencia entre la noción de Calidad de Potencia y
Confiabilidad, el primero significa la propiedad de disponer de energía eléctrica en
cantidad y calidad adecuada a los equipos a ser alimentados, en cambio el segundo
concepto se reduce a disponer de tal energía.

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Por todo lo mencionado, podemos considerar a la temática Confiabilidad incluida en el
concepto más amplio de Calidad de Potencia.
La Calidad de Potencia no es un tema nuevo de estudio, sino un análisis desde distinto
punto de vista, con la agregación de temas incorporados previamente a otras áreas de
estudio, considerando la solución a problemáticas que hasta hace unos años se dejaban
de lado. Los problemas o fenómenos relacionados con la actual calidad de potencia,
existen desde hace muchos años pero sus magnitudes y efectos eran poco importantes,
de modo que su atenuación no se consideraba necesaria y por lo tanto su análisis se
relegaba a estudios especiales [2, 3].
Para poder continuar el análisis en forma ordenada, debemos definir de manera
simplificada, a los siguientes elementos:
Perturbación: Cualquier apartamiento de las condiciones nominales en la alimentación
de potencia o de señal, ya sea de carácter permanente como transitorio.
Evento: Perturbación relacionada con momento de ocurrencia y duración, y de carácter
no permanente.
Equipo de uso final: Dispositivo que transforma finalmente a la energía eléctrica en
otro tipo de energía de aplicación directa.
Equipo sensible: Dispositivo que presenta alteraciones en su operación cuando recibe
alimentación eléctrica ligeramente distinta de la correspondiente al régimen nominal.
Resulta necesario definir que se entiende por la operación incorrecta del equipo de uso
final mencionada previamente, que puede subdividirse en cuatro niveles:
Falla o mal funcionamiento: Operación que aparenta ser normal ya que el equipo
“funciona”, sin embargo su capacidad de entregar trabajo no es la de diseño, por
ejemplo la intensidad luminosa emitida por una lámpara es inferior al nominal, un motor
no es capaz de desarrollar la potencia indicada en su chapa característica, etc. El efecto
desaparece una vez que se ha alcanzado el nivel satisfactorio de calidad de potencia
(CP).
Salida de servicio: El equipo interrumpe la tarea que estaba realizando,
recomenzándola automáticamente, retornando a condiciones iniciales quedando a la
espera de la orden de re-arranque o bloqueándose en una de las etapas del trabajo. Esta
es la manifestación clásica de los equipos que poseen control microprocesado, que
disponen de protección interna, que bloquea su funcionamiento cuando su operación
puede ser errónea o inducir a errores de su proceso, como es el caso de las
computadoras, variadores de velocidad de motores, controladores lógicos programables
(PLC, programmable logic controller), etc. La operación se restablece por arranque
manual una vez que se han alcanzado nuevamente las condiciones satisfactorias de CP.
Esta detención, en general, no produce daño solo pérdida de datos o de información de
lo que se estaba procesando cuando se produjo la interrupción automática.
Daño incipiente: Fenómeno de muy difícil cuantificación, que representa un consumo
de vida útil a mayor velocidad que la nominal. Puede también denominarse
envejecimiento acelerado o consumo acelerado de vida útil. Solo se pone de manifiesto
por una reducción de vida útil y puede detectarse mucho tiempo después de que la causa
se presentó, siendo altamente dificultoso relacionar el daño con la causa que lo inició. El
ejemplo más característico y típico de causa de este fenómeno son las sobretensiones de
corta duración. En general el mecanismo de falla por daño incipiente puede explicarse

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con el concepto simple de la “gota que colma el vaso”. Una vez que el daño es notable,
el equipo requiere de reparación antes de ser puesto nuevamente en funcionamiento.
Deterioro manifiesto: Es un efecto de detección inmediata, ya que se interrumpe su
funcionamiento debido a que la protección lo desconecta o caso contrario hay daño muy
superior con consecuencias muy notables (olor, humo, llamas, etc.). Similar al caso
anterior, para poder usarlo se requiere su reparación.
De la lectura de los párrafos anteriores surge claramente la existencia de cuatro actores
o participantes en los problemas relativos a Calidad de Potencia, que son [3]:
a. Empresa distribuidora de energía eléctrica
b. Usuario de equipo de uso final
c. Ente regulador de los servicios eléctricos
d. Fabricante del equipo de uso final
Si la interacción entre los cuatro participantes del problema de Calidad de Potencia no
está claramente especificada, conduce a la existencia de una relación tirante, por no
decir mala, entre ellos. Existen infinidad de ejemplos de la tirantez citada.
En la actualidad se está volviendo cada día más evidente la necesidad de incorporar un
nuevo participante, el quinto, la Municipalidad o Alcaldía. La municipalidad tiene la
responsabilidad indelegable de la seguridad de los habitantes de la zona de influencia de
la misma (poder de policía), de ahí la necesidad de reglamentar y fiscalizar las
instalaciones eléctricas interiores del usuario [5].
Como partícipes secundarios pueden considerarse a las instituciones normalizadoras y a
las que emiten las reglamentaciones a cumplir por parte de las instalaciones eléctricas,
que en la República Argentina son el Instituto Argentino de Racionalización de
Materiales (IRAM) y la Asociación Electrotécnica Argentina (AEA).
1.2. Historia
Muchas de las irregularidades presentes en la actualidad en nuestros sistemas eléctricos,
perturbaciones tales como debidas a tormentas eléctricas intensas (con gran cantidad de
rayos y relámpagos), cortocircuitos, cargas excesivas y/o súbitas, deformación de onda
por cargas no lineales, etc., existen desde los inicios de la utilización masiva de la
energía eléctrica, o sea no son nuevas [2].
La razón por la que ahora la calidad es crítica radica en los siguientes hechos:
- la amplia difusión de equipos contaminantes,
- el incremento de potencias unitarias,
- la competencia de mercado,
- el aumento de la sensibilidad de aparatos de uso final y
- las mayores exigencias por parte del usuario.
Por ejemplo, la presencia de armónicas en los sistemas se ha sufrido siempre aunque en
menor medida, existiendo publicaciones sobre el tema con más de cien años de
antigüedad. La polución en los sistemas eléctricos fue introducida inicialmente por las
cargas no lineales, como transformadores e inductores, pero el nivel de perturbación
nunca alcanzó los niveles actuales. La tercera armónica producida por la saturación de
los circuitos magnéticos se conoce desde hace mucho tiempo, teniéndose solo en cuenta
en aquellos casos donde producía interferencias en los circuitos telefónicos y en las
transmisiones radiales [6]. La componente desformada se reducía a pequeños

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porcentajes, no mayores al 3 – 5 % de la carga nominal del sistema. La atenuación de
esta componente, la disminución de sus efectos o directamente el ignorarla, no resultaba
demasiado arriesgado fundamentalmente en razón de su magnitud. Algo de alarma tuvo
lugar durante los años 1950 cuando las acuciantes necesidades energéticas (crisis
petrolera) condujeron al empleo masivo de capacitores en paralelo, con el objeto de
liberar carga en los sistemas eléctricos. El uso de tales equipos, que por tener su
impedancia inversamente proporcional a la frecuencia, magnificó la presencia de
armónicas en corriente. Tal problema no pasó de ser un fugaz inconveniente, que se
solucionó mediante el sobre-dimensionamiento del equipo, del circuito y de las
protecciones, apareciendo el necesario y famoso múltiplo 1,43 entre las corrientes
nominales del dispositivo protector y el capacitor, conjuntamente con los restantes
múltiplos señalados en las normas específicas.
El real problema de contaminación armónica aparece a fines de la década de 1970 y
principios de la década de 1980 con el comienzo de la amplia difusión de la electrónica
de potencia, debido a sus características específicas no lineal y conmutación sumamente
veloz [2]. Para el año 2000, aproximadamente del 20 al 30 % de la energía eléctrica
producida en los países desarrollados era procesada por electrónica de potencia,
estimándose que tal porcentaje se incrementará al 50 – 60 % para el año 2010. Tal
incremento es principalmente debido al veloz crecimiento de las habilidades y
capacidades de la electrónica de potencia, cuya tendencia en incremento de tensión de
trabajo se muestra en la Figura 1.1 [7].
Figura 1.1, Tendencia de crecimiento de la tensión de trabajo de los semiconductores de
potencia.
En la actualidad, se está produciendo una verdadera carrera entre la polución creada por
la electrónica de potencia y su creciente sensibilidad por una parte y en el otro el diseño
de nuevos dispositivos correctivos o de mitigación, basados también en electrónica de
potencia. O sea que la electrónica de potencia se encuentra en los dos campos, como
generador y como corrector de contaminación.
Otro caso de generador de problemas de calidad de potencia es el horno de arco, el cual
se encuentran en funcionamiento en los sistemas eléctricos desde hace varios años,
siendo su principal efecto causado por el considerable tamaño en lo que se refiere a la
potencia del sistema donde se conecta. A la fecha, potencias de 160 MW y aún 200 MW
no son inusuales. En los últimos años no han habido demasiados cambios tecnológicos
en tales equipos, salvo lo que se refiere a la introducción del horno de corriente
contínua.

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Por otra parte, las reducciones de tensión y apagones, no son nuevos, pero a medida que
pasa el tiempo el usuario ha ido incrementando su dependencia de la energía eléctrica y
al mismo tiempo se ha vuelto más exigente. En los comienzos de los sistemas de
iluminación eléctrica, un apagón significaba volver a encender las lámparas de gas,
kerosén o velas, sin mayores problemas ni molestias. En cambio hoy, una disminución
de la tensión de muy corto tiempo, ya es suficiente para detener complejos procesos
industriales, cuyas pérdidas económicas alcanzan cifras muy elevados [3].
En escala muy inferior, la falta de energía en una casa de familia por solo unas
fracciones de segundo puede resultar sumamente molesta, ya que se pierde la
programación de numerosos equipos digitales, como el contestador telefónico, vídeo-
cassettera, relojes (despertadores), microondas, etc. Los hogares de países desarrollados
tienen conectados en forma permanente un promedio de 10 a 12 equipos contando con
relojes digitales, número que en Argentina a modo de ejemplo, se reduce a
aproximadamente 6 unidades.
Lógicamente, el proceso de aumento de sensibilidad del sistema ha ido empeorando en
forma gradual, y no es lo mismo en distintas ubicaciones geográficas, diferentes
usuarios, momentos del día, época del año, etc.
El usuario advertido de los problemas que le ocasiona la baja calidad se protege
mediante el agregado de elementos que muchas veces no representan la mejor solución,
llegando el caso de que tal elemento genera un nuevo problema, siendo el caso típico el
empleo masivo de fuentes auxiliares (uninterruptible power suply, UPS), equipos que
generan contaminación armónica y parpadeo. Otro ejemplo es el uso extendido de los
reguladores de voltaje, que mantienen constante la tensión de salida que alimenta un
equipo sensible, a costa de un incremento de la corriente tomada de la red, lo cual
produce una mayor caída de tensión con mayor perjuicio a los usuarios que no
instalaron un regulador similar.
Un ejemplo muy demostrativo de lo afirmado en el párrafo anterior es ofrecido por la
computadora personal, que requiere de un incremento en precio de solo el 1 % para
poder evitar el 80 % de las salidas de servicio que sufre en la actualidad. Sin embargo,
tal mejora usualmente no se incorpora al equipo estándar. Para entender la causa
debemos recordar que la computadora es realmente un conjunto de elementos que
provienen de distintos fabricantes, siendo la fuente de alimentación el componente que
debe ser mejorado. Este 1 % sobre el precio de la computadora, representa un 20 %
sobre el precio de la fuente, lo que deja fuera de competencia al fabricante de la misma
ya que el usuario no está reclamando tal capacidad “extra”. Sin embargo el usuario por
desconocimiento le debe agregar una UPS que cuesta mucho más que los porcentajes
citados previamente y que como se mencionó, genera otros problemas de Calidad de
Potencia.
1.3. ¿Por qué el concepto está volviendo día a día, más y más importante?
Las condiciones del ambiente en el que se fabrican, compran y operan los equipos de
uso final, y específicamente los sensibles, hoy en día son las siguientes:
1. El equipo sensible se va a volver más sensible por razones de su precio y
competición de mercado.
2. Los equipos contaminantes continuarán contaminando más, debido al aumento del
costo de incorporación o de construcción del equipo o costo adicional para
compensación y también por la falta de fuerza de las reglamentaciones.

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3. Los equipos sensibles y contaminantes se usarán más, extendiendo su aplicación no
solamente a la industria y comercio sino prácticamente a todos los sectores del
sistema eléctrico.
4. El rendimiento (ahorro de energía, uso de variadores de velocidad y equipos de
corrección del factor de potencia, los que aumentan la inyección de armónicos en el
sistema de potencia) y el costo se consideran hoy casi al mismo nivel en la toma de
decisiones.
5. La desregulación y privatización exacerbará la situación debido a la feroz
competencia entre empresas eléctricas.
6. El nivel de desregulación y de control sobre las empresas eléctricas de potencia y las
de comunicaciones y/o señales (teléfono, video-cable, redes de datos, etc.), es muy
distinto, encontrándonos con que siempre se culpa a la empresa eléctrica cuando
muchos de los problemas se generan o transmiten por las instalaciones de las
restantes empresas.
7. Las reglamentaciones o normas, los dispositivos de medición y las técnicas de
análisis son cada día más precisas, poderosas y sofisticadas.
8. Elevado costo involucrado en cualquier problema de calidad de potencia y su
solución, debido a las pérdidas económicas causadas a las cargas industriales y
comerciales.
9. Cada día más disputas respecto a problemas de Calidad de Potencia se ventilan y
resuelven en el sistema judicial, con los consiguientes costos legales involucrados.
Estos nueve hechos interactuarán hasta que se alcance una solución consensuada entre
los cinco o más sectores involucrados, que se estima tendrá lugar durante la presente
década.
1.4. ¿Quien tiene la culpa?
La visión de cada uno de los cinco (o quizás siete) sectores del problema de CP es
diferente. Los distintos sectores, empresa eléctrica, usuario, fabricante de equipos, etc.
se culpan entre ellos de ser el origen del problema, debiendo el Ente Regulador
dilucidar la disputa. En lo que todos ellos coinciden es que aproximadamente el 50 % de
los problemas son debidos a causas naturales. La Figura 1.2 muestra a modo de ejemplo
las percepciones del usuario y de la empresa eléctrica, según una investigación
efectuada por una empresa eléctrica Norteamericana [8].

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Figura 1.2, Percepción acerca de los culpables de los problemas de calidad [8].
Del análisis de la figura 1.2, pueden extraerse tres detalles interesantes:
- Hay una elevada incidencia de causas naturales, del orden del 50 %. Esta elevada
incidencia no implica que no puedan evitarse los problemas por ellas causados o
atenuar sus efectos, por medio del uso de la tecnología apropiada. Puede encontrarse
en las reglamentaciones en uso, la definición del problema de causas naturales
(imposibilidad sobreviniente de caso fortuito) como “la acción de las fuerzas de la
naturaleza que no hayan podido preverse o que previstas no hayan podido ser
evitadas” [9]. En este concepto se encuentra claramente indicado que se trata de
fenómenos naturales con solicitaciones mayores a las condiciones de diseño que
aconsejan las reglas del buen arte. En otras palabras, si la línea aérea en un punto
geográfico determinado, se diseña para soportar vientos de 120 km/h, su caída por
vientos inferiores a los indicados no es causa natural sino defecto de materiales o
construcción, adjudicada a la empresa eléctrica. Obviamente la incidencia será
distinta si hablamos de una línea aérea expuesta a numerosos eventos o si nos
referimos a una línea subterránea de igual potencia y tensión, con también gran
diferencia de costos de construcción y operación.
- El usuario colabora como causante del 20 al 25 % de los problemas, ya que sus
equipos perturban al sistema eléctrico. Además parte de los equipos de un usuario
determinado afectan a otros dispositivos del mismo usuario, interacción que muchas
veces ocurre con el desconocimiento del dueño de los mismos. Ambas visiones, de
la empresa y usuario, son prácticamente coincidentes.
- El efecto del vecino es de considerable importancia, ya que el usuario que perturba
al sistema, molesta a la empresa eléctrica y además al usuario cercano. El usuario
afectado solo puede reclamar ante la empresa eléctrica ya que no posee relación
contractual con el usuario perturbador. En tal caso el sistema eléctrico brinda el
camino para la transmisión de la perturbación. Esta interacción usuario
contaminante – empresa eléctrica – usuario afectado produce el nacimiento de los
conceptos de “usuario culpable” y de “usuario inocente”, tema que se profundizará
más adelante.
- La empresa eléctrica acepta la responsabilidad de un porcentaje pequeño de
perturbaciones, basándose en el concepto de que la empresa no ha modificado su

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forma de operar el sistema en los últimos cincuenta o más años. Por lo cuál, cree que
si los equipos de uso final del usuario ahora son más afectados que antes, no es su
responsabilidad o culpa.
La situación en nuestro medio es bastante diferente, ya que luego de haber sufrido por
varios años la falta de calidad de la potencia suministrada por las normalmente
ineficientes empresas estatales, el usuario reacciona ahora contra las empresas privadas
como vengándose cuando y donde puede. Apelando siempre la respuesta negativa del
reclamo inicial dada por la empresa eléctrica, ante el organismo regulador (ENRE o
similar Provincial) por perturbaciones o daños a equipos debidos a fenómenos muchas
veces inexistentes. La respuesta del ente regulador puede encontrarse dentro de un
amplio espectro, desde un extremo donde actúa casi como “socia y amiga” de la
empresa eléctrica negando todas las apelaciones, hasta el otro extremo que
generalmente concluyen con la orden de indemnizar o pagar por la reparación o
reposición dada a la empresa. Normalmente la orden del Ente no posee apoyatura
técnica de peso, basándose en el segundo caso fundamentalmente en darle la razón al
usuario considerado como más débil, por lo que las empresas están en el momento
capacitando al personal a fin de poder responder técnicamente al reclamo.
La clara diferenciación de las responsabilidades es sin duda una de las tareas más
difíciles del ente regulador.
1.5. ¿Cómo se descubre la presencia de un problema de calidad de potencia?
El problema puede tener varios síntomas lo cual podría también depender del tipo de
problema involucrado, algunos de ellos son muy claros, tales como [2]:
- Frecuentes interrupciones
- Elevado número de equipos dañados
- Los equipos sensibles experimentan frecuentes salidas de servicio
- Parpadeo de lámparas
- Interferencia de las comunicaciones
- Conductores sobrecalentados
- Transformadores con temperatura de trabajo excesiva
En cambio otros son mucho más vagos o sutiles, tales como:
- Vibración en conductos metálicas
- Los equipos sensibles pierden frecuentemente programas y ajustes
- Motores ruidosos
- Equipos con fallas de operación esporádicas
- Voltaje contra tierra en lugares inesperados
- Reducida vida útil de equipos
- Parpadeo de lámparas
Del análisis de los problemas descritos, puede verse que la individualización de las
causas de los problemas de Calidad de Potencia no es siempre una tarea directa ni
sencilla, siendo en algunos casos más un arte que una ciencia, donde el factor suerte es
muy importante.

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1.6. Objetivos del estudio de Calidad de Potencia
El estudio de la Calidad de Potencia puede deberse a necesidades y objetivos bastante
amplios y variados, como los siguientes:
- Maximizar la productividad y rentabilidad de la instalación del usuario final
mediante mejoras en la calidad de potencia.
- Determinar la calidad de potencia del suministro de energía eléctrica, desde el punto
de vista del usuario, en un punto determinado del sistema, como por ejemplo para la
toma de decisiones en lo que respecta a la radicación de una industria que emplea
equipos sensibles.
- Estudio económico de pliegos de ofertas para la concesión de servicios eléctricos.
- Evaluar las exigencias o requerimientos relacionados con la calidad de potencia
dentro de las instalaciones del usuario.
- Redacción de reglamentaciones y especificación de límites de nivel de
perturbaciones en régimen permanente y durante transitorios.
- Estudio de ofertas para la adquisición de equipos de medición y monitoreo de
Calidad de Potencia.
- Dilucidar disputas entre los participantes del sistema, normalmente entre la empresa
distribuidora y el usuario o entre usuarios.
- Construcción de cuadros tarifarios.
- Elaborar recomendaciones para la mejora de la calidad, sugiriendo:
. Modificaciones del sistema de suministro
. Modificaciones de las instalaciones del usuario
. Consideraciones sobre el diseño de equipos sensibles y correctores.