Revista Multidisciplinaria Perspectivas Investigativas
Multidisciplinary Journal Investigative Perspectives
Vol. 5(especial tecnología), 1-15, 2025
https://doi.org/10.62574/rmpi.v5i1.264
1
Calidad de energía eléctrica en cámara de transformación II de la
Universidad Técnica de Cotopaxi
Quality of electricity in transformer chamber II of the Technical University
of Cotopaxi
Luis Armando Vargas-Tocte
luis.vargas6@utc.edu.ec
Universidad Técnica Cotopaxi, Latacunga, Cotopaxi, Ecuador
https://orcid.org/0009-0002-2524-4442
Omar Luis Supe-Sailema
omar.supe6865@utc.edu.ec
Universidad Técnica Cotopaxi, Latacunga, Cotopaxi, Ecuador
https://orcid.org/0009-0001-1026-6887
Carlos Francisco Pacheco-Mena
Carlos.Pacheco2902@utc.edu.ec
Universidad Técnica Cotopaxi, Latacunga, Cotopaxi, Ecuador
https://orcid.org/0000-0003-1874-7391
Jefferson Alberto Porras-Reyes
jefferson.porras0449@utc.edu.ec
Universidad Técnica Cotopaxi, Latacunga, Cotopaxi, Ecuador
https://orcid.org/0009-0005-9333-0934
RESUMEN
Se tiene por objetivo de investigación analizar la calidad de energía eléctrica en cámara de
transformación II de la Universidad Técnica de Cotopaxi. Para el estudio se combina
mediciones en tiempo real y un posterior análisis de histórico de datos recolectados a través de
instrumentos de monitoreo en el tablero principal. Los datos obtenidos muestran patrones de
perturbaciones causadas principalmente por cargas no lineales, el análisis de los armónicos de
corriente impares revela un claro predominio del tercer armónico en las tres fases L1, L2 y L3,
característica común en sistemas trifásicos con cargas no lineales. Las amplitudes de este
armónico son especialmente significativas en L2 y L3. El contexto del encendido del generador
refuerza la hipótesis que dicho equipo, o las cargas que alimenta, constituyen una fuente de
distorsión armónica, estos datos son relevantes para la evaluación actual.
Descriptores: electricidad; ingeniería eléctrica; industria eléctrica. (Fuente: Tesauro UNESCO).
ABSTRACT
The research objective is to analyse the quality of the electrical energy in transformer chamber
II of the Technical University of Cotopaxi. The study combines real-time measurements and a
subsequent analysis of historical data collected through monitoring instruments on the main
panel. The data obtained shows patterns of disturbances caused mainly by non-linear loads.
The analysis of the odd current harmonics reveals a clear predominance of the third harmonic in
the three phases L1, L2 and L3, a common characteristic in three-phase systems with non-
linear loads. The amplitudes of this harmonic are especially significant in L2 and L3. The context
of the generator ignition reinforces the hypothesis that said equipment, or the loads it feeds,
constitute a source of harmonic distortion; these data are relevant for the current evaluation.
Descriptors: electricity; electrical engineering; electrical industry. (Source: UNESCO
Thesaurus).
Recibido: 21/09/2024. Revisado: 03/10/2024. Aprobado: 23/11/2024. Publicado: 07/02/2025.
Sección artículos de Tecnología
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Omar Luis Supe-Sailema
Carlos Francisco Pacheco-Mena
Jefferson Alberto Porras-Reyes
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INTRODUCCIÓN
La presencia de problemas relacionadas con la calidad de energía en la infraestructura del
sistema eléctrico tiene impactos importantes a nivel técnico y operativo en las instalaciones de
la institución como el parpadeo de iluminación aunque imperceptibles por el ojo humano que
pueden causar efectos secundarios como: fatiga visual, distracción y efectos perjudiciales
(IEEE, 2010), las desviaciones de voltaje tiene consecuencias en los componentes internos de
los equipos conectados a los circuitos de iluminación y distribución; con este tipo de
perturbación causan sobrecalentamiento en dispositivos electrónicos, servidores y equipos de
laboratorio. La relevancia de mantener la calidad de energía en niveles adecuados en un
sistema eléctrico de cualquier instalación es aun de mayor importancia en una institución de
educación superior con carreras de ingeniería como software, electricidad, electromecánica e
industrial debido al intensivo uso de laboratorios con equipos electrónicos, servidores, redes de
comunicación, osciloscopios y sistemas de control, equipos aún más sensibles como
impresoras 3D y dispositivos de medición en presencia de picos de voltaje o corriente y pueden
causar daños permanentes a dichos equipos.
La importancia de los estudios de calidad de energía adquiere un papel fundamental en la
migración hacia una matriz energética más limpia y renovables en Ecuador, junto con la
creciente dependencia de equipos electrónicos, resalta la necesidad de investigaciones que
identifiquen y disminuyan las perturbaciones eléctricas, contribuyendo a los objetivos
nacionales energéticos con políticas públicas como “El plan nacional de eficiencia energética”
(Energética, 2022) y la “Ley orgánica de eficiencia energética”. en donde la sostenibilidad y el
uso eficiente de los recursos energético son prioridades.
Un antecedente clave en el desarrollo del estudio en la Cámara de Transformación II de la
Universidad Técnica de Cotopaxi, se identifica variaciones de voltaje, factor de potencia, y
perturbaciones electromagnéticas, implementando un sistema de monitoreo de parámetros
eléctricos para definir el estado de a la calidad de energía. El producto de este estudio reveló
magnitudes de THD moderados (Moreta, 2020). Los resultados no solo validan la necesidad de
profundizar estudios de este tipo sino también sugieren metodologías que se pueden usar en la
investigación actual, reforzando su aporte académico y práctico para la búsqueda del
mejoramiento de las perturbaciones anteriormente identificadas.
Estado del arte
La calidad de la energía eléctrica se centra en asegurar un suministro eléctrico estable y
confiable para los usuarios, abordando tanto las perturbaciones y variaciones de voltaje que
experimentan los consumidores como las deficiencias que puedan presentarse en el sistema
de las compañías suministradoras (Muyulema et al. 2021). Por lo tanto, se presenta:
Marco legal
El suministro de energía eléctrica está regulado por la ley del servicio público y su respectivo
reglamento, que establecen los límites superior e inferior de voltaje(Borrás, 2024). Cualquier
voltaje fuera de estos límites se considera una anomalía o deficiencia en el suministro.
Sensibilidad de las cargas microelectrónicas a las perturbaciones eléctricas
La microelectrónica ha dado lugar a una creciente cantidad de cargas, tanto residenciales
como comerciales e industriales, sensibles a las variaciones de calidad de energía (De Yong,
2013). Los microprocesadores modernos, presentes en dispositivos cada vez más rápidos,
complejos y con mayor capacidad, operan con lógicas de circuitos que requieren niveles de
tensión precisos, lo que los hace susceptibles a fluctuaciones y reduce su tolerancia al
consumo de potencia fuera de sus rangos óptimos.
Importancia de la calidad de la energía eléctrica
La energía eléctrica es esencial en la vida moderna, desde la iluminación y el funcionamiento
de diversos equipos hasta el aire acondicionado y las operaciones de laboratorios. Su uso
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permea la fabricación de la mayoría de los productos que utilizamos (Agnello, 2022). Las
perturbaciones y variaciones de voltaje pueden tener un impacto significativo en una amplia
gama de actividades.
Definiciones de calidad de la energía eléctrica
El término "Calidad de la Energía Eléctrica" se define de diversas maneras, aunque las
definiciones de las principales instituciones comparten conceptos centrales:
a) El Instituto EPRI (Electric Power Research Institute) de los Estados Unidos la define
como: "Cualquier problema de potencia manifestado en la desviación de la tensión, de
la corriente o de la frecuencia de sus valores ideales que ocasione falla o mala
operación del equipo."
b) Las normas IEC (61000-2-2/4) y CONELEC (50160) la definen como: "Una
característica física del suministro de electricidad, la cual debe llegar al cliente en
condiciones normales, sin producir perturbaciones ni interrupciones en los procesos del
mismo."
c) La CREG en Colombia, en su Resolución 070 de 1998, establece una distinción
importante: "El término calidad de la potencia suministrada se refiere a las
perturbaciones y variaciones de estado estacionario de la tensión y corriente
suministrada por el Operador de Red. El término calidad del servicio prestado se refiere
a los criterios de confiabilidad del servicio."
Factores que afectan la calidad de la energía eléctrica
Existen tres categorías principales de problemas de calidad de la energía en un sistema
eléctrico:
1. Desviaciones en el voltaje.
2. Desviaciones en la corriente.
3. Desviaciones en la frecuencia.
Estos fenómenos pueden ser causados por una variedad de factores:
1. Mala operación de equipos y diseño deficiente del sistema de protecciones.
2. Cargas no lineales.
3. Malas técnicas de diseño de sistemas de puesta a tierra.
4. Descargas atmosféricas.
5. Conmutación de bancos de capacitores.
6. Balastos electrónicos.
7. Efectos de los variadores de frecuencia.
8. Convertidores CA-CC.
Consecuencias de deficiencias en la calidad del suministro eléctrico
Las desviaciones de tensión respecto a los valores nominales o de trabajo aceleran el
envejecimiento del aislamiento de los equipos eléctricos debido al calentamiento (Espinoza et
al. 2018). Las bajas tensiones conllevan a un aumento del calentamiento de los motores,
mientras que las sobretensiones disminuyen su vida útil.
La presencia de armónicos superiores acelera el envejecimiento del aislamiento, genera
calentamiento adicional en las partes conductoras de los equipos e instalaciones, incrementa
las pérdidas de energía en las redes y provoca la operación errática de los esquemas de
protección eléctrica. También incrementa las pérdidas parásitas e histéresis en los núcleos de
motores y transformadores, tanto del sistema eléctrico como de los propios consumidores. La
reducción de la frecuencia disminuye la productividad de los accionamientos eléctricos y causa
un trabajo inestable de equipos electrónicos, de medición y de sistemas de protección
(Dhulipala et al. 2019).
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Armónicos
Los armónicos son de corrientes o voltajes presentes en un sistema eléctrico cuyas frecuencias
son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. En sistemas con una frecuencia
fundamental de 60 Hz, típicos y con cargas monofásicas, los armónicos característicos son el
tercero 180 Hz, el quinto 300 Hz y el séptimo 420 Hz, la creciente de cargas no lineales en los
sistemas de distribución, como los convertidores estáticos de potencia y los controladores de
motores con rectificadores, ha provocado un aumento notable en el contenido de componentes
armónicos (Stalin & Ordóñez 2009).
Figura 1. Armónicos de la senoidal fundamental. Fuente: Elaboración propia.
Interarmónicos
Los interarmónicos son componentes de tensión o corriente cuyas frecuencias no son múltiplos
enteros de la frecuencia fundamental del sistema de suministro 50 Hz o 60 z, la presencia de
interarmónicos puede excitar severamente la resonancia en el sistema de alimentación,
especialmente cuando la frecuencia del interarmónicos coincide con una de las frecuencias
naturales del sistema. Esta resonancia puede amplificar las corrientes y tensiones del
interarmónicos, causando problemas significativos (Holguín & mez Coello 2010). Las
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principales fuentes de interarmónicos son; convertidores de frecuencia estáticos, ciclos
convertidores, hornos de inducción y dispositivos de formación de arcos (como soldadoras de
arco).
Voltaje desbalanceado
El desequilibrio de tensión, también conocido como voltaje desbalanceado o asimetría de
tensión, se define como la condición en la que las magnitudes de las tensiones de fase o los
ángulos de fase entre ellas no son iguales en un sistema trifásico (Aponte et al. 2011). El
método más sencillo para cuantificar el desequilibrio de tensión consiste en determinar la
desviación de la tensión de cada fase con respecto al valor promedio de las tensiones de fase.
Esta desviación se expresa comúnmente como un porcentaje del voltaje promedio. El
desequilibrio de tensión puede ser causado por diversas razones, entre las que se incluyen:
1. Fusibles fundidos o defectuosos en una o más fases.
2. Distribución desigual de cargas monofásicas entre las fases.
3. Impedancias desiguales en las líneas de transmisión o distribución.
El desequilibrio de tensión puede tener efectos negativos en los equipos conectados al
sistema, tales como:
1. Sobrecalentamiento de motores trifásicos, lo que reduce su eficiencia y vida útil.
2. Aumento de las pérdidas en las líneas de transmisión y distribución.
3. Funcionamiento incorrecto de equipos electrónicos sensibles
El desequilibrio de tensión, también conocido como asimetría de tensión o voltaje
desbalanceado, se produce cuando las magnitudes de las tensiones de fase o los ángulos de
fase entre ellas no son iguales en un sistema trifásico. En un sistema idealmente equilibrado,
las tres tensiones de fase tendrían la misma magnitud y estarían desfasadas 120 grados
(Riofrío Jirón & Haro Pico 2013).
Corrección del factor de potencia
El uso de capacitores conectados en paralelo para mejorar la regulación de voltaje en sistemas
con bajo factor de potencia. Sin embargo, la corrección del factor de potencia se justifica por
múltiples beneficios, entre los que destacan:
1. Reducción de costos en la facturación eléctrica: Muchas empresas de suministro
eléctrico aplican cargos adicionales o tarifas diferenciadas según el factor de potencia
medido en el punto de conexión.
2. Disminución de las pérdidas de energía en conductores y transformadores: Un bajo
factor de potencia implica una mayor circulación de corriente en el sistema para
entregar la misma cantidad de potencia real.
3. Optimización de la capacidad instalada: Al reducir la corriente total, la corrección del
factor de potencia permite aprovechar mejor la capacidad instalada de
transformadores, interruptores, barras colectoras y conductores.
La mayoría de las aplicaciones eléctricas requieren tanto potencia activa como potencia
reactiva para operar de manera adecuada. Sin embargo, existen excepciones, como las
lámparas incandescentes y los calentadores de resistencia, que solo consumen potencia real.
Entre estos beneficios adicionales destacan la regulación de voltaje, el aumento de la
capacidad y Disminución o eliminación de penalizaciones económicas.
Tecnologías s de protección y mejora de la calidad de la energía
El principal impulsor detrás del enfoque en la calidad del suministro de energía eléctrica es el
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aumento de la productividad para los clientes finales. Para lograr este objetivo, se ha
desarrollado una amplia gama de equipos diseñados para mitigar las perturbaciones eléctricas
y asegurar un suministro confiable y de calidad. Se pueden definir tres niveles de protección,
cada uno con tecnologías específicas como supresores de picos, transformadores de
aislamiento, acondicionadores de línea, UPS y plantas de emergencia (Song 2020).
ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN CÁMARA DE
TRANSFORMACIÓN II DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI
Las mediciones de los parámetros eléctricos se llevaron a cabo utilizando un analizador de
redes Fluke 435 serial II, registrando datos entre el 6 y el 17 de diciembre de 2024. Durante
este período, el territorio ecuatoriano experimentó cortes de energía eléctrica de hasta 12 horas
de duración, producto de la escasez en la generación eléctrica ocasionada por el estiaje. En el
contexto específico de este análisis, se registraron interrupciones de suministro eléctrico con
una duración entre 2 y 4 horas.
La Universidad Técnica de Cotopaxi dispone de un generador de respaldo para su sistema
eléctrico. Sin embargo, con el fin de optimizar el consumo de combustible, su operación se
limitó al horario diurno, proveyendo energía a la comunidad universitaria y permitiendo la
continuidad de las actividades administrativas y académicas. Durante el horario nocturno, el
generador permaneció inactivo. El analizador de redes registró estos eventos de interrupción y
el posterior análisis de los datos reveló la presencia de armónicos leves y desbalances de
potencia en el sistema eléctrico.
Curva de carga o demanda
La potencia activa por fase muestra un desbalance en la distribución de carga entre las fases
L1, L2 y L3. La fase L1 presenta los valores más altos de potencia activa, lo que sugiere que
soporta la mayor carga del sistema, mientras que L3 tiene valores significativamente más
bajos, indicando una distribución desigual. La fase L2 se mantiene en un nivel intermedio, con
variaciones moderadas. Este desbalance podría generar problemas como pérdidas adicionales,
sobrecalentamiento y vibraciones. Además, se observan fluctuaciones cíclicas en las potencias
de todas las fases, con picos de carga que alcanzan aproximadamente 5.6 kW y descensos a
1.3 kW, lo que indica la influencia de cargas variables que se encienden y apagan en diferentes
momentos, para optimizar el sistema es necesario redistribuir las cargas entre las fases,
equilibrarlas y analizar los dispositivos conectados a cada línea.
Se identifican picos de potencia que señalan momentos de mayor consumo en cada fase,
como el pico en L1 alrededor de las 18:25 y en L2 cerca de las 18:45, así como periodos de
baja potencia por desconexión de cargas o una menor demanda. Si bien existe desequilibrio,
las fases muestran cierta similitud en su comportamiento general en algunos tramos, es
fundamental investigar las causas de este desequilibrio, el desbalance de potencia entre fases
indica una variación de cargas, lo que hace necesario redistribuirlas para mitigar las diferencias
entre una fase y fase, esta redistribución permitirá equilibrar el sistema.
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Figura 2. Potencia activa por cada fase L1 L2 L3. Fuente: Elaboración propia.
Frecuencia
La figura de la frecuencia del sistema revela estabilidad en torno a los 60 Hz durante el período
registrado, lo que indica un funcionamiento adecuado del sistema de generación y control. La
frecuencia se mantiene dentro del rango aceptable de ±1 % para sistemas de 60 Hz, se
observan un pico pronunciado alrededor de las 21:05, donde la frecuencia supera ligeramente
los 60.013 Hz. Se identifican también otros picos de menor magnitud entre las 17:55 y las
18:55. La variación de frecuencia observada en el valor pico es relacionada con el arranque del
generador, ya que la carga se conecta de manera inmediata tras la activación del mismo, lo
que puede provocar un mínimo aumento en la frecuencia. De acuerdo con las normativas de la
IEEE, la frecuencia de la red debe mantenerse dentro de un rango con una variación máxima
de ±0.5 % para redes de 50 Hz o ±1 % para redes de 60 Hz, con el fin de evitar daños en los
equipos y garantizar la estabilidad del sistema.
Figura 3. Frecuencia. Fuente: Elaboración propia.
60,000
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60,007
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60,003
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59,990
59,995
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18:05:13.702
18:55:13.702
21:05:13.702
%
TIEMPO
Frecuencia del sistema
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Desbalance de tensión
La gráfica correspondiente al período del 6 al 13 de diciembre de 2024 muestra que el sistema
se mantiene estable la mayor parte del tiempo, con un nivel de desequilibrio inferior al 3%. Esto
indica un funcionamiento adecuado y en conformidad con la norma IEEE 519, que establece un
límite del 3% para el desequilibrio de tensión en el punto de conexión común. Los picos
puntuales observados, con variaciones entre el 0.5% y el 1.12%, se deben principalmente a la
conexión o desconexión de cargas monofásicas de magnitud considerable. Aunque estos
eventos no comprometen el cumplimiento normativo, es esencial realizar un monitoreo continuo
para identificar posibles anomalías o tendencias que puedan afectar la calidad de la energía a
largo plazo. Si bien la gráfica no muestra picos de desequilibrio que excedan el límite
establecido, cualquier fluctuación inusual debe ser analizada para prevenir impactos negativos
en la operación del sistema eléctrico.
Figure 4. Imbalance Vn % first period. Source: Author's own creation.
THD voltaje en las Fases L1 L2 L3
El análisis del THD de voltaje por fase revela que los niveles de distorsión armónica se
mantienen por debajo del límite del 8% recomendado por la norma IEEE 519 para sistemas de
baja tensión. Durante el período analizado, se observa una variación gradual, con valores que
oscilan entre 1.4% y 2.17%. Se identifican picos en la fase L3, alcanzando un máximo de
2.17%, probablemente debido a la presencia de cargas no lineales en el sistema, así como al
arranque de generadores o la desconexión de grandes cargas. No obstante, estos picos no
representan un riesgo significativo, ya que la diferencia entre fases es mínima, lo que indica un
comportamiento equilibrado del sistema en términos de distorsión armónica. Sin embargo, se
recomienda un monitoreo continuo para detectar posibles tendencias crecientes que puedan
comprometer la calidad de la energía en el futuro.
0,55
0,53
0,5
0,540,38
0,29
0,5
0,47
0,55
0,53
0,55
0,43
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0,42
0,35
0,25
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0,51
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0,57
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0,52
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0,65
0,72
0,7
0,71
0,7
0,76
0,77
0,97
1,03
1,04
1,07
1,06
1,12
1,08
1,03
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1,13
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1:35:13.670
12:15:02.792
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23:35:02.792
12:44:57.747
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14:44:52.990
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9/12/2024 10/12/2024 11/12/2024 12/12/2024 13/12/2024
VN %
TIEMPO
Desequilibrio VN %
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Figura 5. THD voltaje. Fuente: Elaboración propia.
Onda de voltaje monofásico con armónicos
En la figura 6, titulada "Onda de Voltaje Monofásico Pico con Armónicos", se pueden distinguir
dos formas de onda. La línea punteada representa una onda senoidal fundamental ideal de 60
Hz, la cual corresponde a la forma de onda de voltaje característica de una señal senoidal pura
y simétrica. En contraste, la línea continua muestra la onda de voltaje afectada por los
armónicos presentes en el análisis de calidad de la cámara de transformación 2. En este caso,
los armónicos de los órdenes 3, 5 y 7 se suman a la onda fundamental. Se observa que la
señal presenta alteraciones visuales mínimas en comparación con la onda fundamental. Una
de las distorsiones más notables se encuentra en las crestas de la onda. Mientras que la onda
senoidal fundamental tiene crestas redondeadas, las crestas de la onda con armónicos se
muestran más aplanadas y puntiagudas. Este cambio en la forma de las crestas es una
indicación visual clara de la presencia de armónicos mínimos y su impacto en la forma de la
onda de voltaje.
Figura 6. Onda de voltaje monofásica. Fuente: Elaboración propia.
1,461,531,441,42 1,5 1,551,651,511,471,651,711,831,93 2
1,621,51
1,711,671,67 1,6 1,651,461,641,51 1,7 1,721,831,711,811,791,861,75
1,611,671,641,611,681,751,771,681,701,881,971,94
2,172,08
1,841,74
2,001,971,951,941,92
1,641,761,751,771,831,851,791,781,771,791,87
0
0,5
1
1,5
2
2,5
%
Tiempo
THD Voltaje
THD_V_L1 THD_V_L2 THD_V_L3
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Armónico de voltaje impar
El análisis de los armónicos de tensión de orden 3, 5 y 7 en un sistema trifásico de 127 V por
fase durante un periodo de 7 días revela importantes aspectos en cuanto a la calidad de la
energía. De acuerdo con la normativa IEEE 519, que establece límites para la distorsión
armónica en sistemas eléctricos, se especifica que sistemas de baja tensión, como el de la
cámara de transformación de la UTC, los niveles armónicos individuales de voltaje no deben
superar el 5.0%, mientras que la Distorsión Armónica Total de Voltaje (THD) no debe exceder
el 8.0% en el Punto de Acoplamiento Común (PCC). La gráfica muestra que, para las tres fases
L1N, L2N y L3N, los armónicos se mantienen por debajo del límite individual del 5.0%
establecido por la IEEE. Sin embargo, para asegurar el cumplimiento completo de la normativa
IEEE 519 y realizar una evaluación, se calculó la Distorsión Armónica total, la cual resultó en un
valor máximo del 2.17%, que se encuentra bien por debajo del límite del 5.0%. Por lo tanto,
aunque los armónicos individuales se mantienen dentro de los valores permitidos, el análisis de
la THD demuestra que la calidad de la energía está dentro de los parámetros normativos y que
el sistema no presenta anomalías.
Figura 7. Armónicos impares de voltaje. Fuente: Elaboración propia.
0:04:52 0:14:52 0:24:52 0:44:52 0:54:52 1:04:52 1:14:52 22:44:5
222:54:5
223:04:5
223:14:5
223:24:5
223:34:5
223:44:5
223:54:5
2
Armónico Tensión 3 L1N 1,11 1,14 1,15 1,16 1,15 1,14 1,12 1,14 1,1 1,08 1,07 1,08 1,11 1,13 1,1
Armónico Tensión 5 L1N 0,63 0,64 0,67 0,62 0,75 0,85 0,76 1,04 0,95 0,95 0,96 0,91 0,88 0,91 0,87
Armónico Tensión 7 L1N 0,31 0,34 0,33 0,45 0,45 0,44 0,5 0,5 0,52 0,49 0,47 0,48 0,5 0,45 0,44
Armónico Tensión 3 L2N 0,91 0,95 0,9 0,87 0,88 0,9 0,9 0,87 0,88 0,88 0,92 0,88 0,86 0,87 0,89
Armónico Tensión 5 L2N 0,79 0,79 0,8 0,78 0,92 1,01 0,91 1,15 1,08 1,05 1,06 0,97 0,92 0,95 0,91
Armónico Tensión 7 L2N 0,37 0,34 0,3 0,37 0,37 0,4 0,45 0,45 0,44 0,4 0,39 0,38 0,37 0,34 0,35
Armónico Tensión 3 L3N 1,19 1,12 1,14 1,13 1,14 1,14 1,13 1,18 1,18 1,16 1,17 1,16 1,14 1,07 1,06
Armónico Tensión 5 L3N 0,54 0,54 0,6 0,56 0,68 0,78 0,67 0,84 0,82 0,82 0,88 0,81 0,78 0,81 0,76
Armónico Tensión 7 L3N 0,39 0,39 0,38 0,45 0,44 0,43 0,5 0,49 0,5 0,47 0,42 0,42 0,43 0,43 0,44
0,63 0,64 0,67
0,62
0,75
0,85
0,76
1,04
0,95 0,95 0,96
0,91 0,88 0,91 0,87
0,31 0,34 0,33
0,45 0,45 0,44
0,5 0,5 0,52 0,49 0,47 0,48 0,5
0,45 0,44
0,91 0,95
0,9 0,87 0,88 0,9 0,9 0,87 0,88 0,88 0,92 0,88 0,86 0,87 0,89
1,19
1,12 1,14 1,13 1,14 1,14
1,13 1,18 1,18 1,16 1,17 1,16 1,14
1,07 1,06
0,54 0,54
0,6 0,56
0,68
0,78
0,67
0,84 0,82 0,82
0,88
0,81 0,78 0,81
0,76
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
%
Tiempo
Armonicos de voltaje impar
Armónico Tensión 3 L1N Armónico Tensión 5 L1N Armónico Tensión 7 L1N
Armónico Tensión 3 L2N Armónico Tensión 5 L2N Armónico Tensión 7 L2N
Armónico Tensión 3 L3N Armónico Tensión 5 L3N Armónico Tensión 7 L3N
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THD de corriente
La figura 8 muestra la evolución de la Distorsión Armónica Total de Corriente (THD) en el
sistema a lo largo del tiempo, con las etiquetas "THD A L1", "THD A L2" y "THD A L3", que
representan la THD de corriente en las fases L1, L2 y L3, respectivamente, los valores
presentan variaciones en el tiempo para cada fase, reflejando cambios en la carga normales
del sistema. En la fase L1, la THD de corriente oscila entre aproximadamente 3.5% y 6%. Para
la fase L2, los valores fluctúan dentro de un rango entre el 3% y el 6%. La fase L3 muestra un
comportamiento que varían entre el 4% y el 6%. Estas fluctuaciones pueden estar asociadas a
la operación de cargas no lineales que modifican la demanda de corriente a lo largo del tiempo.
Si bien los valores de THD de corriente se mantienen dentro de los límites normativos y no
representan un riesgo inmediato para la calidad de la energía, su presencia sugiere la
existencia de cargas no lineales que generan corrientes armónicas en el sistema. Entre los
principales contribuyentes a esta distorsión se encuentran equipos electrónicos utilizados en los
laboratorios, como variadores de voltaje, computadoras y motores en arranque, los cuales
introducen armónicos en la red debido a sus características de conmutación. Además, aunque
en menor medida, la iluminación LED también puede aportar a la distorsión armónica debido a
la electrónica de sus fuentes de alimentación. Es importante monitorear estos niveles de THD
de corriente de manera continua, ya que una acumulación de armónicos en el sistema puede
provocar sobrecalentamiento en conductores, transformadores y otros equipos eléctricos,
reduciendo su vida útil. Además, una elevada distorsión armónica podría afectar la estabilidad
del sistema eléctrico y generar interferencias en dispositivos sensibles.
Figura 8. THD de corriente. Fuente: Elaboración propia.
Armónicos de corriente impar
Los armónicos de corriente impares en la figura 9 muestra la evolución de los armónicos
individuales de orden 3, 5 y 7 en las fases, estos son indicadores clave de la presencia de
cargas no lineales en el sistema eléctrico. La norma IEEE 519 define límites para los
armónicos individuales de corriente en función de la relación entre la corriente de cortocircuito
(𝐼𝑆𝐶 ) y la corriente de carga máxima (𝐼𝐿)en el Punto de Acoplamiento Común, los límites varían
según la relación (𝐼𝑆𝐶/𝐼𝐿), sistemas con (𝐼𝑆𝐶 𝐼𝐿
<20), los armónicos de orden 3 a 11 deben
mantenerse por debajo del 4%, mientras que los de orden 11 a 17 no deben superar el 2%.
3,64
4,60
3,19
3,56
3,353,583,603,90
3,04
2,27
5,12
3,20
4,53
3,033,00
3,83
3,724,15
3,654,05
3,47
4,10
3,80
4,20
3,92 4,08
3,554,00
3,70
4,55
5,55
4,183,884,204,263,87
4,05
5,77
3,02
4,40
3,69
5,07
5,585,13
4,41
4,31
5,23
4,78
5,34
4,11
5,12
4,25
5,50
4,65
5,15
4,39
5,00
4,28
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
%
Tiempo
THD Corriente
THD A L1 THD A L2 THD A L3
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En la gráfica analizada, los valores máximos de los armónicos de corriente de orden 3, 5 y 7 no
superan el 2.5%, lo que indica que se encuentran dentro de los márgenes permitidos por la
normativa, incluso en los picos Desde el punto de vista del comportamiento temporal, el
armónico de orden 3 presenta picos de hasta 2.3% en la fase L3, mientras que en las fases L1
y L2 muestra fluctuaciones moderadas. El armónico de orden 5 alcanza valores máximos de
2.2%, con oscilaciones a lo largo del tiempo. En comparación, el armónico de orden 7 presenta
los valores más bajos, con picos cercanos a 1.8% y variaciones más suaves, estas
fluctuaciones sugieren la influencia de cargas no lineales con variaciones en su operación.
Figura 9. Armónicos impares de corriente. Fuente: Elaboración propia.
Factor de potencia
La tabla 1 se muestran los resultados del análisis del factor de potencia de cada una de las tres
fases, datos recolectados del 06 al 13 de diciembre con intervalos de registro de datos cada 10
minutos según normativa nacional “Resolución Nro. ARCERNNR -003/2023” emitida por la
Agencia de regulación y control de Energía lo cual en el tiempo de 7 días tenemos 795
registros por cada fase, mediciones que se toman como un 100% para determinar el porcentaje
de incumplimiento respecto a la normativa.
0:04:53 0:14:53 0:24:53 0:34:53 0:44:53 0:54:53 1:04:53 1:14:53 1:55:14 1:55:19 13:55:1
413:55:1
418:45:1
418:55:1
42:55:14
Armónicos Corriente3 L1 1,2 1,6 1,0 1,1 1,0 1,1 1,1 1,2 0,9 0,6 2,0 1,2 1,6 0,9 0,9
Armónicos Corriente3 L2 1,5 1,9 1,3 1,2 1,3 1,4 1,2 1,3 2,0 0,9 1,7 1,4 1,8 1,9 1,8
Armónicos Corriente3 L3 1,5 1,8 1,2 1,3 1,1 0,9 1,0 1,0 1,2 0,8 2,2 2,3 1,6 1,5 1,3
Armónicos Corriente5 L1 0,9 1,1 0,7 0,8 0,7 0,8 0,8 0,9 0,6 0,4 1,5 1,0 1,1 0,6 0,6
Armónicos Corriente5 L2 1,1 1,4 1,0 0,9 1,0 1,0 0,9 1,0 1,5 0,7 1,2 1,1 1,3 1,3 1,2
Armónicos Corriente5 L3 0,8 1,2 0,7 0,8 0,6 0,5 0,6 0,6 0,7 0,3 1,6 1,6 1,2 1,1 0,9
Armónicos Corriente7 L1 0,6 0,9 0,5 0,6 0,5 0,6 0,6 0,7 0,5 0,3 1,2 0,9 0,9 0,4 0,4
Armónicos Corriente7 L2 0,8 1,2 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,7 1,0 0,5 1,0 0,9 1,0 0,9 0,8
Armónicos Corriente7 L3 0,6 0,9 0,5 0,6 0,4 0,3 0,4 0,4 0,5 0,3 1,3 1,3 0,9 0,7 0,6
1,5
1,8
1,2 1,3
1,1
0,9 1,0 1,0
1,2
0,8
2,2 2,3
1,6 1,5
1,3
0,6
0,9
0,5 0,6 0,5 0,6 0,6 0,7
0,5
0,3
1,2
0,9 0,9
0,4 0,4
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
%
Tiempo
Armonicos de corriente Impar
Armónicos Corriente3 L1 Armónicos Corriente3 L2 Armónicos Corriente3 L3
Armónicos Corriente5 L1 Armónicos Corriente5 L2 Armónicos Corriente5 L3
Armónicos Corriente7 L1 Armónicos Corriente7 L2 Armónicos Corriente7 L3
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Tabla 1. Factor de potencias por las líneas del sistema
Factor de potencia
Fase
Limites mínimo
L1
0.92
L2
0.92
L3
0.92
Fuente: Elaboración propia.
En la tabla se evidencia el cumplimiento de la normativa, la cámara de transformación 2
alimenta al tablero de distribución principal (TDP 1), que a su vez suministra energía al
bloque de laboratorios de la Facultad de Ingeniería y Aplicadas (CIYA). Dado que este
alimentador está destinado a proporcionar energía a los laboratorios de la facultad, su consumo
eléctrico es altamente variable debido a las distintas actividades académicas que allí se
realizan. Entre estas actividades se incluyen prácticas de arranque de motores, pruebas de alto
voltaje, sincronismo, uso de fresadoras, rectificadores y laboratorios de simulación, todas ellas
asociadas a cargas no lineales. La operación de estos equipos provoca fluctuaciones en la
demanda de energía, lo que a su vez impacta en el factor de potencia (FP), se registran valores
de factor de potencia igual a cero, lo que se debe a la interrupción del suministro eléctrico
durante la emergencia energética que afectó al país desde principios de abril hasta la segunda
semana de diciembre de 2024, con cortes de aproximadamente dos horas de duración.
CONCLUSIONES
El factor de carga de la Universidad Técnica de Cotopaxi se ve afectado por el desbalance de
carga en cada una de sus fases, actualmente, la carga se encuentra desequilibrada, por lo que
se recomienda, como primera medida, implementar un balance de carga que reduzca la
diferencia de corriente entre las fases, los principales problemas de calidad de energía está
relacionado con la presencia de cargas no lineales, cuya incidencia ha aumentado debido a la
implementación de nuevos laboratorios, el crecimiento de la población estudiantil y la transición
tecnológica hacia iluminación LED. Este último factor, junto con la presencia de rectificadores,
es una fuente significativa de armónicos, el THD de voltaje presentó una variación gradual, con
valores entre 1.4% y 2.17%, con picos en la fase L3 que alcanzaron un máximo de 2.17%,
posiblemente debido al arranque del generador o la desconexión de grandes cargas.
Durante el período de estiaje en Ecuador, los cortes de energía oscilaron entre 2 y 12 horas
diarias, lo que obligó a la institución a operar con un generador de respaldo. En el momento del
arranque del generador, se observó un leve desequilibrio de tensión y una variación mínima en
la salida de carga, con valores que no superan el 1.12%, cumpliendo con el límite máximo del
3% establecido en la normativa.
Los armónicos de voltaje se encuentran dentro de los límites permitidos por la normativa IEEE
519. En cuanto a los armónicos individuales de corriente, se registraron picos de hasta 2.3%,
valores que también cumplen con la normativa, aunque estos aumentos coinciden con el
período en que el generador está conectado a la carga. Además, la presencia de estos
armónicos se debe a que la carga no está balanceada y solo representa entre el 20% y el 25%
de la capacidad del transformador de 300 KVA, se recomienda conectar el nuevo edificio en
construcción para optimizar los niveles de operación del transformador. Los valores analizados
evidencian que los cortes de energía y el uso de generadores pueden alterar el
comportamiento del sistema eléctrico. Por ello, es necesario realizar un estudio detallado de la
calidad de energía en dos escenarios: primero, con el suministro de la empresa de distribución
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asegurando un balance de carga y segundo, con la conexión del generador para evaluar su
impacto en la calidad de energía. De esta manera, se podrán evitar posibles sanciones
reguladas por la Agencia de Regulación y Control de Energía y Recursos Naturales No
Renovables (ARCERNNR).
FINANCIAMIENTO
No monetario
CONFLICTO DE INTERÉS
No existe conflicto de interés con personas o instituciones ligadas a la investigación.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Técnica de Cotopaxi por incentivar la investigación científica.
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Derechos de autor: 2025 Por los autores. Este artículo es de acceso abierto y distribuido según los términos y
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