Corriente de irrupción en baterías de condensadores: por qué aparece, qué daña y cómo limitarla

Una batería de 100 kVAr que trabaja a 144 A absorbe 3.200 A cada vez que conecta un escalón: eso es la corriente de irrupción en baterías de condensadores. Dura tres milisegundos, no dispara ninguna protección y no queda en ningún registro. Pero está ahí, y se repite quince o veinte veces al día en una instalación industrial normal.

Explica por qué un equipo que compensa perfectamente puede destruir su propia aparamenta desde el primer mes: contactores pegados, condensadores que fallan a un quinto de su vida de diseño, variadores que se reinician sin causa aparente.

Aquí van tres cosas: cómo predecir el pico antes de comprar nada, cómo reconocer el daño que ya está haciendo, y qué limitación corresponde a cada caso.

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Por qué la tarifa española obliga a maniobrar más de lo que conviene

En España la maniobra no la decide el proyectista, la decide la estructura tarifaria. Y conviene entenderla antes de hablar de física, porque determina cuántas veces al día someterás la instalación al pico.

El criterio procede del artículo 9.3 del RD 1164/2001 y hoy lo recoge la Circular 3/2020 de la CNMC: se factura la reactiva que excede el 33 % de la activa en P1 a P5 —un cos φ inferior a 0,95— y solo cuando es inductiva. Los precios vigentes desde el 1 de enero de 2026, según el anexo III de la resolución de la CNMC, son 0,041554 €/kVArh entre 0,80 y 0,95, y 0,062332 €/kVArh por debajo de 0,80. Afecta a las tarifas 3.0TD y 6.XTD.

Hasta aquí, la corrección del factor de potencia es aritmética de factura: compensas, subes el cos φ por encima de 0,95 y el término desaparece. El periodo 6 cambia la naturaleza del problema. Ese mismo anexo III define un término de reactiva capacitiva en P6 cuando el cos φ cae por debajo de 0,98, es decir, cuando el exceso capacitivo supera el 20 % de la activa. Y aquí va el matiz que casi ninguna guía comercial menciona: el precio publicado para 2026 es de 0,0000000 €/kVArh. El término existe, está definido y se mide hora a hora, pero hoy no cuesta dinero.

Eso no lo hace irrelevante. La CNMC fija ese precio por resolución anual y puede activarlo sin tocar la metodología. Y sobre todo, los reguladores ya se programan para no entrar en esa banda. El P6 cubre de 00:00 a 08:00 de lunes a viernes más fines de semana y festivos completos —unas 4.700 horas, más de la mitad del calendario— y es justo cuando la demanda activa cae y una batería sobredimensionada empieza a volcar capacitiva a la red.

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La trampa del periodo 6 y la compensación automática

Una batería de condensadores automática española no regula a la unidad. Regula a dos objetivos distintos según el periodo, y en P6 trabaja contra un techo.

En P1 a P5 apunta a un cos φ cercano a 1, con margen sobrado bajo el límite de 0,95 inductivo. En P6 el objetivo se desplaza al lado inductivo alto, con histéresis para no cruzar al capacitivo. El equipo acaba moviéndose en una banda del orden de 0,98 a 0,99, con un límite a cada lado en lugar de uno solo.

Y esa es la frase que vertebra el resto: una banda más estrecha significa más escalones conectando y desconectando. Cada conexión es un pico. Un banco de capacitores automático que en otro país maniobraría seis veces al día, aquí maniobra quince o veinte, y sobre unos 220 días laborables al año acumula en cinco años entre 16.000 y 22.000 maniobras. Deja de ser una anécdota de mantenimiento y pasa a ser consecuencia previsible del diseño tarifario.

Qué es una batería de condensadores, en tres líneas

Un conjunto de condensadores conectados en paralelo con la instalación que aporta la potencia reactiva que la red tendría que suministrar. Puede ser fija, de un solo escalón permanente, o automática, con un regulador que conecta y desconecta escalones según la carga.

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Qué es la corriente de irrupción en baterías de condensadores y por qué aparece

La respuesta está en una sola ecuación: i = C · (dV/dt). La corriente que absorbe un condensador no depende de la tensión aplicada, sino de la velocidad con la que esa tensión cambia.

Al cerrar el contactor sobre un condensador descargado, la tensión en sus bornes pasa de cero al valor instantáneo de red en microsegundos. Ese dV/dt es enorme y la corriente que exige lo es en la misma proporción: el condensador presenta impedancia próxima a cero y se comporta, a efectos del circuito, como un cortocircuito franco. Lo único que limita el pico es la inductancia parásita del camino —cable, embarrado, aparamenta—. Nada más.

Conviene fijar el matiz, porque de él depende toda la mitigación posterior: el dV/dt que importa no es el de la onda de red, sino el escalón que impone el propio cierre. Por eso cerrar en el paso por cero de tensión —donde el escalón vale cero— produce el pico mínimo, aunque sea el instante en que la senoide varía más rápido.

Nuestras máquinas trabajando

Máquinas para barras colectoras y embarrados

Máquinas dobladoras de barras colectoras

Máquinas de chapa metálica

Corriente nominal frente a corriente de irrupción

La distancia entre las dos cifras es lo que sorprende. Una batería de 50 kVAr en red trifásica de 400 V y 50 Hz absorbe unos 72 A por fase en régimen permanente. El pico de irrupción de esa misma batería se sitúa entre 720 y 1.440 A, de 10 a 20 veces la nominal.

Ningún relé térmico ve esa corriente: es demasiado breve. Ningún fusible bien elegido actúa: está diseñado para no hacerlo. El pico atraviesa el conjunto sin más rastro que el que deja en el material.

Forma de onda del transitorio

Lo que registra un osciloscopio no es un pulso limpio. Es un pico inicial abrupto, seguido de una oscilación de alta frecuencia entre 200 y 2.000 Hz superpuesta a la onda de 50 Hz, que decae exponencialmente con una constante de tiempo τ = L/R.

Conviene separar los dos tiempos, porque se confunden a menudo. El pico propiamente dicho ocupa de 1 a 5 ms, que es lo que ve el material. La oscilación residual, con τ de 0,5 a 2 ms, tarda de 5 a 10 ms en extinguirse del todo.

Esa oscilación es el circuito resonante que forman la capacidad de la batería y la inductancia del camino. Explica por qué los relés modernos necesitan reconocer esa frecuencia para no disparar, y por qué el transitorio puede excitar resonancias de red ajenas a la batería. Cuando la maniobra es contra otro escalón ya energizado, la inductancia en juego es solo la del embarrado y la frecuencia sube al rango de los kilohercios, lo que exige más ancho de banda para medirla bien.

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Los cinco factores que determinan la magnitud del pico

1. Capacidad total

La relación es lineal: a igualdad del resto, doblar la potencia de 50 a 100 kVAr dobla aproximadamente el pico. Importa por lo que implica en el diseño de escalones. Una batería de 200 kVAr repartida en cuatro escalones de 50 kVAr produce cuatro picos moderados; la misma potencia en dos escalones de 100 kVAr produce dos picos del doble.

2. Impedancia de fuente y potencia de cortocircuito

Aquí la intuición engaña: una red más rígida, con mayor potencia de cortocircuito, produce más pico, no menos, porque hay menos impedancia que limite la corriente.

Los órdenes de magnitud en baja tensión son pequeños y conviene tenerlos presentes. Un cuadro de 400 V alimentado desde un transformador de 1.000 kVA con una tensión de cortocircuito del 6 % ve del orden de 10 mΩ; cincuenta metros de cable añaden otros 15 a 20 mΩ entre resistencia y reactancia, es decir, triplican la impedancia del punto. La misma batería junto al transformador sufre más que al fondo de la nave, así que acercarla al centro de transformación para reducir pérdidas agrava el transitorio.

3. Instante de cierre respecto a la onda de tensión

Es el factor que más dispersión introduce, y explica por qué dos maniobras consecutivas del mismo equipo dan lecturas distintas. Una batería de 75 kVAr conectada cerca del paso por cero da unos 850 A de pico; la misma batería, el mismo día, conectada en cresta, da 1.600 A. Un contactor mecánico sin control cierra en un punto aleatorio de la onda, así que ninguna medida aislada representa el caso peor.

4. Maniobra entre baterías en paralelo

El caso más severo, y el que rompe instalaciones. Cuando entra un escalón con otro ya energizado en la misma barra, la batería en servicio se descarga sobre la que entra por la baja impedancia del embarrado común, sin pasar por la impedancia de red.

El pico alcanza de 50 a 100 veces la corriente nominal, frente a las 10 a 20 de una batería aislada. En un banco de capacitores automático de varios escalones esto no es excepcional: ocurre en cada maniobra salvo la primera del día.

Ese pico atraviesa además las uniones atornilladas del embarrado interno. Una unión con resistencia de contacto elevada se calienta bajo el esfuerzo repetido, y el calentamiento degrada la unión, que a su vez calienta más.

5. Tensión residual

Un condensador recién desconectado conserva carga. La UNE-EN 60831-1 exige que el dispositivo de descarga la reduzca a 75 V o menos en 3 minutos.

El problema aparece cuando el escalón reconecta antes de descargarse, algo posible en un regulador mal parametrizado. Si la tensión residual tiene polaridad opuesta a la instantánea de red, las dos se suman: 300 V residuales frente a −327 V de cresta fase-neutro producen un escalón de 627 V, casi el doble del normal, y un pico proporcional.

El criterio de reconexión es concreto, no una cuestión de confort: no volver a energizar hasta que la tensión residual baje del 10 % de la tensión asignada. Con el dispositivo de descarga estándar eso obliga a bloquear el escalón entre 40 y 180 segundos. Si la aplicación exige maniobrar antes, hacen falta resistencias o reactancias de descarga rápida, no acortar el temporizador del regulador.

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Qué se rompe y en qué orden

Contactores: rebote, erosión y soldadura de contactos

El primero en caer, siempre. El elevado di/dt genera fuerzas electromagnéticas entre contactos que provocan rebote al cerrar, y cada rebote es un microarco que arranca material.

La erosión es acumulativa y no lineal: cada arco deja una superficie más irregular, que rebota peor y arquea más. En una cementera, una batería de 150 kVAr maniobrada con contactor de servicio de motor —dimensionado por corriente nominal, no por irrupción— soldó los contactos tras unas 500 maniobras. Menos de dos meses.

Fusibles y protecciones

El fusible tiene que hacer dos cosas contradictorias: soportar sin fundir un pico de veinte veces la nominal cada día, y actuar ante un defecto real. Se resuelve con la curva de fusión adecuada al transitorio, no subiendo el calibre, que es el atajo habitual y deja el conjunto sin protección efectiva.

En los relés electrónicos el problema es el disparo indebido. Los modelos actuales incorporan restricción por reconocimiento de la oscilación de alta frecuencia: distinguen el transitorio de una falta.

Degradación del dieléctrico

El daño silencioso. Cada energización somete al dieléctrico a un dV/dt elevado que inicia o propaga descargas parciales en los microhuecos del film. No hay fallo inmediato: hay pérdida progresiva de rigidez dieléctrica.

Una planta de industria alimentaria con quince a veinte maniobras diarias registró fallos a los tres años, frente a los quince de vida de diseño: un quinto de lo previsto. Ningún condensador falló durante una maniobra. Fallaron en servicio normal, con la degradación ya consumada.

Transitorios de tensión y parpadeo

El pico provoca una caída momentánea de tensión en el punto de conexión, seguida de una sobretensión transitoria al recuperarse. Dura milisegundos, pero basta. Los efectos aparecen lejos de la batería y por eso rara vez se le atribuyen: variadores que se reinician, autómatas que pierden el ciclo, parpadeo en lámparas de descarga. El marco aplicable es la serie UNE-EN 61000.

Resonancia y armónicos

La componente oscilatoria puede excitar una resonancia paralelo entre la capacidad de la batería y la inductancia de red. Si coincide con un armónico presente en la instalación, la amplificación es sostenida y no transitoria.

De ahí la convención europea de la reactancia antiarmónica, o filtro de rechazo. La frecuencia de sintonía sale de la propia reactancia: con un factor k por unidad respecto a la reactancia capacitiva, f_r = 50/√k. Los valores normalizados son 14 % (134 Hz), 7 % (189 Hz) y 5,67 % (210 Hz). El de 14 % se reserva a instalaciones con corriente de quinto armónico elevada, por encima del 25 % aproximadamente; el de 7 % es el valor de uso general, y el de 5,67 % se emplea cuando interesa perder menos reactiva por la elevación de tensión. En los tres casos la sintonía queda por debajo del quinto armónico y el conjunto no puede resonar con él.

Ojo con las reactancias del 3 %, que también se venden. Sintonizan hacia los 290 Hz, es decir, por encima del quinto armónico: limitan el pico de irrupción, pero no protegen frente a la resonancia con el 5.º y solo tienen sentido en instalaciones con contenido armónico bajo y medido.

La contrapartida se olvida a menudo. La reactancia en serie eleva la tensión en bornes del condensador en un factor 1/(1 − k): un 6 % con reactancia del 5,67 %, un 7,5 % con la del 7 % y un 16 % con la del 14 %. Esa elevación obliga a sobredimensionar la tensión asignada. Un condensador de 400 V detrás de una reactancia del 7 % trabaja por encima de su nominal y falla antes; lo correcto es un condensador de 440 o 480 V.

¿Quieres saber más? Nuestro artículo sobre Qué es un AFDD profundiza en este tema.

Predecir el pico en proyecto y verificarlo en puesta en marcha

Cálculo teórico, ejemplo resuelto

Batería de 100 kVAr, 400 V, 50 Hz, conexión en estrella.

Paso 1. Tensión de pico fase-neutro. 400 × √2 / √3 = 327 V.

Paso 2. Capacidad por fase. La potencia se reparte entre tres fases y la fórmula trabaja con tensión eficaz, no de pico: V_fase = 231 V.

C = Q / (3 × 2πf × V_fase²) = 100.000 / (3 × 314,16 × 231²) ≈ 1.990 µF

Comprobación cruzada: X_C = V_fase²/(Q/3) = 231²/33.333 = 1,6 Ω, y 1/(2πf × 1.990 µF) = 1,6 Ω. Las dos vías coinciden.

Paso 3. Inductancia del circuito. Supongamos 20 µH entre cable y aparamenta, del orden de 1 µH por metro, lo que equivale a unos veinte metros de camino.

Paso 4. Pico. I_pico = V_pico × √(C/L) = 327 × √(1.990/20) ≈ 3.260 A.

Paso 5. Multiplicador. I_nominal = 100.000/(√3 × 400) ≈ 144 A, de modo que el pico equivale a 22,6 veces la nominal.

Conviene detenerse aquí, porque 22,6 supera el rango de 10 a 20 citado antes. No es un error: es la lección del ejercicio. El multiplicador no es una constante del fenómeno, depende de la inductancia del camino. Con 20 µH salen 22,6 veces; con 50 µH, unos cincuenta metros de cable, el mismo conjunto baja a 2.060 A y 14,3 veces. El rango de 10 a 20 es un orden de magnitud típico, no un techo.

Doblar la inductancia a 40 µH baja el pico a unos 2.300 A, un 29 % menos. La corriente es inversamente proporcional a la raíz de la inductancia, así que cada duplicación cuesta siempre ese mismo 29 %.

Simulación

Para decidir entre reactancias del 5,64 %, 7 % o 14 % antes de comprarlas, el cálculo analítico se queda corto: no reproduce la impedancia real de red ni las condiciones de resonancia. PSCAD, EMTP-RV, MATLAB/Simulink o ETAP permiten barrer los tres valores y comprobar dónde queda la resonancia paralelo del conjunto batería-red frente a los armónicos presentes en la instalación.

Medida en campo

Osciloscopio y sonda de corriente dimensionada para 1.000 a 5.000 A, con ancho de banda mínimo de 20 kHz. Disparo por flanco de subida y captura de al menos 20 ms.

La pinza de valor de pico sirve para verificar que la mitigación funciona, no para diagnosticar: su tiempo de respuesta no captura un fenómeno de tres milisegundos. Los trabajos se ejecutan bajo el RD 614/2001 y la UNE-EN 50110-1, lo que aquí implica verificar la descarga efectiva antes de acceder a bornes.

Este tema es solo el comienzo: descubre más en nuestro artículo sobre generador eléctrico para casa.

Cómo se limita, y cuál elegir

Reactancia de bloqueo en serie

La solución por defecto en Europa, y un reactor limitador de corriente en denominación latinoamericana. Es la respuesta más común a la corriente de irrupción en baterías de condensadores industriales.

Para la batería de 100 kVAr del ejemplo, con X_C = 1,6 Ω, una reactancia del 7 % aporta 0,112 Ω, unos 356 µH a 50 Hz. El efecto no necesita simulación, porque la relación es cerrada: con una reactancia de valor k por unidad respecto a X_C, el pico queda en I_pico/I_nominal = √2/√k. Para k = 7 % son 5,3 veces la nominal, unos 770 A frente a los 3.260 A sin reactancia: un 76 % menos.

Ese cociente es además un suelo práctico. Da igual lo corto que sea el cable: una vez instalada la reactancia, es ella la que fija el pico.

Las contrapartidas son reales: coste del 15 al 30 % del de la batería, espacio en el cuadro, pérdidas continuas del 0,5 al 1 % y la elevación de tensión ya mencionada.

Maniobra sincronizada

Cierre controlado en el paso por cero de tensión, compensando el retardo mecánico del aparato. Ataca la causa y no el efecto: si el escalón de tensión es cero, no hay dV/dt que absorber. Exige repetibilidad en el tiempo de cierre, y los interruptores de vacío modernos repiten dentro de ±1 a ±2 ms. Eso basta para dejar el pico en el 20–30 % del valor con maniobra aleatoria, sin pérdidas añadidas ni elevación de tensión.

En una papelera escandinava la sustitución llevó el pico de 1.800 A a 450 A. La vida del contactor pasó de dieciocho meses a más de cinco años, con un sobrecoste del 40 % amortizado en dos años.

Resistencia de preinserción

Cierre en dos etapas: primero a través de una resistencia de 1 a 5 Ω que amortigua el transitorio, y entre 20 y 50 ms después entra un contactor que la puentea. Muy eficaz y mecánicamente complejo, así que su sitio está en alta y muy alta tensión, habitualmente por encima de 72,5 kV, donde el mecanismo de dos etapas ya forma parte del aparato.

Termistor NTC

De 10 a 47 Ω en frío, bajando a 0,1–1 Ω en caliente, y por debajo de 5 € por unidad. La limitación descarta la mayoría de aplicaciones industriales: necesita enfriarse para volver a proteger. En una batería automática que maniobra varias veces por hora, el termistor está caliente cuando llega el siguiente pico y no limita nada.

Combinaciones

Reactancia del 7 % más maniobra sincronizada, para instalaciones donde el transitorio no es negociable. En una planta petroquímica el pico de un escalón de 90 kVAr pasó de 3.500 A sin protección a 700 A solo con reactancias, y a 350 A con ambas medidas.

Existe además la conmutación estática con tiristores, sin partes móviles. Su sitio está en compensadores estáticos de respuesta rápida, no en la corrección industrial habitual.

Normativa aplicable

Las UNE-EN 60831-1 y -2 y la UNE-EN 61921 cubren los condensadores y sus baterías: tensiones asignadas, tolerancias, dispositivos de descarga y marcado. De ahí sale el criterio que importa aquí: el condensador debe soportar picos del orden de 100 veces la corriente nominal eficaz, más una corriente permanente de hasta 1,5 veces la nominal por armónicos y tolerancias.

Para el aparato que maniobra hay que mirar el nivel de tensión. En baja tensión, el caso de los ejemplos de este artículo, la referencia es la UNE-EN 60947-4-1 y su categoría de empleo AC-6b, específica de maniobra de condensadores. Un contactor AC-3, dimensionado para motores, no cubre esta aplicación aunque su corriente nominal sea suficiente: ese es exactamente el error del primer caso que viene a continuación. Y la reactancia de bloqueo no exime del AC-6b: reduce el pico, pero el aparato sigue cerrando sobre una carga capacitiva.

Por encima de 1 kV aplica la UNE-EN 62271-100, que asigna a los interruptores las clases C1 y C2 según su probabilidad de reencendido durante el corte de corriente capacitiva: baja en C1, muy baja en C2, que es la que corresponde a baterías maniobradas a diario. No las confundas con el pico de irrupción: describen la apertura, no el cierre.

Completan el marco la UNE-EN IEC 61439-1 y -2 para el conjunto de baja tensión, la UNE-EN 60529 para la envolvente, la UNE-EN 61000 para compatibilidad electromagnética, el REBT para la instalación, el RD 614/2001 con la UNE-EN 50110-1 para los trabajos, y la Directiva ATEX 2014/34/UE en atmósfera explosiva. Como referencia internacional, existen IEEE Std 18 y C37.012, pero lo accionable en España lo aportan las UNE-EN.

En México rigen los NOM aplicables y la red trabaja a 60 Hz. El cambio no es cosmético: para una misma potencia reactiva, la capacidad necesaria es inversamente proporcional a la frecuencia, así que un condensador calculado con los ejemplos a 50 Hz de este artículo entrega alrededor de un 20 % más de kVAr si se instala a 60 Hz, y el pico de irrupción sube en consecuencia.

Para seguir aprendiendo sobre canalización eléctrica subterránea, consulta nuestro artículo relacionado aquí.

Dos casos reales

Planta de automoción, Alemania

Tres baterías de 150 kVAr sobre barra de 400 V, cada una maniobrada como escalón único de 217 A nominales, entre diez y quince maniobras diarias, con contactores de servicio de motor y sin reactancias. La instalación «funcionaba»: el cos φ era correcto.

La medida con osciloscopio dio picos de 1.400 a 2.800 A, de 6,5 a 13 veces la nominal —el recorrido de cable hasta el cuadro era largo, y esa inductancia rebaja algo el pico—, frente a los 800 A que admitía el contactor instalado. Esa dispersión es justo lo que cabe esperar de un cierre aleatorio sobre la onda, agravado por la maniobra sobre baterías ya en servicio.

Se sustituyeron los contactores por aparatos de categoría AC-6b y se añadieron reactancias del 7 %. Los picos bajaron a 1.000–1.200 A, la banda que fija la propia reactancia —hasta 5,3 veces los 217 A nominales en el peor instante de cierre— y muy por debajo de la capacidad de los nuevos contactores. Coste 18.000 €, amortizado en dieciocho meses solo con el ahorro en sustituciones.

Hospital, 400 V

Una batería de 300 kVAr en el cuadro general, repartida en escalones de 50 kVAr, 72 A nominales cada uno. El síntoma no estaba en la batería: equipos de diagnóstico por imagen que se reiniciaban a 45 metros del punto de conexión, sin patrón horario aparente.

El pico medido fue de 2.100 A, veintinueve veces la nominal del escalón, con la maniobra sobre escalones ya energizados como agravante. Los transitorios de tensión superaban el ±10 % de la nominal donde estaban los equipos afectados. Bastaba para sacar de tolerancia a sus fuentes de alimentación.

La solución combinó maniobra sincronizada y reactancia del 7 %: pico a 190 A y transitorio a ±3 %, dentro de tolerancia. Los reinicios cesaron.

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Conclusión

El pico no es un imponderable. La corriente de irrupción en baterías de condensadores sale de dos datos que conoces en proyecto —la capacidad del escalón y la inductancia del camino— y de una raíz cuadrada. Si el cálculo te da veinte veces la nominal y has especificado el contactor por la corriente permanente, ya sabes cuándo empezará a fallar.

La decisión posterior admite una regla corta. Menos de diez maniobras al día y armónicos controlados: reactancia de bloqueo, con el condensador sobredimensionado en tensión. Más de diez maniobras al día, que es el caso normal en España por el juego entre el límite inductivo de P1 a P5 y el capacitivo de P6: maniobra sincronizada. Instalación crítica, donde un reinicio cuesta más que el cuadro entero: las dos cosas. El termistor solo tiene sentido en baterías fijas y pequeñas.

Queda una pieza que no aparece en ninguna hoja de características y que recibe el pico entero en cada maniobra: el embarrado del propio cuadro. De cincuenta a cien veces la corriente nominal atraviesan cada unión atornillada quince veces al día, y una unión con una superficie de contacto mal preparada, un radio de doblado forzado o un par de apriete irregular se calienta, se degrada y calienta más. Dimensionar bien la reactancia y descuidar el corte, punzonado y plegado de las barras es resolver la mitad del problema.

Si estás fabricando cuadros de compensación, esa mitad también se controla, y se controla en el taller: con la máquina adecuada para cortar, punzonar y plegar la pletina, la unión sale repetible y el pico deja de encontrar un punto débil.

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