10 octubre 2012

Seleccionando cables para aplicaciones con variadores de frecuencia variable





Para todos los beneficios de control de procesos y ahorro de energía, los variadores de frecuencia variable (VFD) tienen también desventajas. Cuando estos variadores caen, puede parar todo un proceso industrial. Para evitar estas costosas paradas, los ingenieros deben evaluar cuidadosamente la fiabilidad de configurar un sistema de variador.

Demasiado a menudo, sin embargo, el análisis de fiabilidad está enfocado solamente a la electrónica de potencia del VFD y desprecia los componentes más vulnerables en cable de potencia del sistema del variador que conecta el VFD al motor.

La verdad es, sin embargo, que la electrónica de potencia es muy fiable desde hace algunos años. Por diseño, manejan picos de voltaje, afluencia de corriente, armónicos y otras distorsiones de potencia que se producen durante la operación del VFD. Sus controles también pueden prevenir daños por las condiciones eléctricas o apagar el variador completamente si las distorsiones de potencia se elevan a niveles inseguros.

Los cables no tienen tales protecciones y pueden fallar si se someten a condiciones eléctricas que generan mayores niveles de voltaje de lo que las capas de aislamiento pueden tolerar. Los cables en configuraciones industriales pueden también experimentar cargas mecánicas y exposiciones químicas que llevan a fallos y daños prematuros.

Afortunadamente, es posible eludir fallos en cables relacionados con los VFD y las paradas asociadas poniendo atención a unos pocos detalles en los cables. El rendimiento total del sistema también mejorará en muchos casos. Debemos tener en cuenta lo siguiente:

Materiales correctos

No todos los materiales aislados y encamisados se comportan igual en relación al rendimiento eléctrico. Por ello es importante utilizar materiales de cable específicos para los requerimientos de la aplicación VFD.
Incluso en aplicaciones de VFD de media potencia, por ejemplo, se corre el riesgo de daños por golpes de voltaje y otras distorsiones de potencia. En estos casos, consideremos los cables VFD hacen uso de capas semiconductoras entre los conductores y el aislamiento primario. Los sistemas de aislamiento semiconductores se han empleado desde hace décadas en los cables de alto voltaje usados para distribución de potencia. Más recientemente, se han aplicado a los cables VFD para proteger contra el daño eléctrico.
El aislamiento semiconductor trabaja aliviando la descarga de corona y puntos altos de tensión eléctrica en aislamiento primario. El resultado es una fiabilidad de cable en gran medida mejorada, vida extendida e incremento en las propiedades de resistencia dieléctrica.
Otros desafíos en las aplicaciones VFD implican recorridos de cable largos, que son cada vez más comunes en las instalaciones de fabricación modernas. Debido a que las cargas de capacitancia se incrementan con la longitud, estos recorridos largos de cable han incrementado el riesgo de condiciones de sobrecarga que pueden disparar los sistemas de protección del VFD.
El uso de cables de aislamiento de polietileno reticulado (XLPE) puede minimizar el riesgo.
El aislamiento XLPE tiene una constante dieléctrica relativamente inferior que reduce el efecto capacitivo en recorridos de cable largos. XLPE también tiene excelentes propiedades termoeléctricas que permiten al aislamiento XLPE resiste el calor generado por las condiciones de sobrecorriente.

Rendimiento mecánico

Con VFDs típicamente instalados en ambientes de factoría, los cables deben estar fabricados para resistir abuso mecánico y exposiciones ambientales. Algunos de los atributos mecánicos en instalaciones VFD incluyen:
·         Flexibilidad: La flexibilidad realzada en todo el ciclo de vida del cable. Durante la instalación, la flexibilidad hace el manejo y enrutamiento más fácil. Durante el uso, los cables flexibles son menos susceptibles de dañarse por flexión. Los cables libres de tensiones, creados quitando torsiones en los cables, es una forma de mejorar la flexibilidad y es una característica importante a buscarse en instalaciones con radio de curvatura ajustado.
·    Resistencia a grasas: Para aplicaciones industriales donde la exposición a grasas es una preocupación, debemos estar seguros que seleccionamos cables con camisa de PVC que esté especialmente formulada para la resistencia a gradas.
·         Ensayos de aplastamiento: Debemos considerar si los cables tienen la resistencia al aplastamiento necesaria para la instalación.

Apantallamiento

Debido a que los VFDs pueden ser susceptibles al ruido eléctrico, particularmente para aplicaciones de control de procesos, es importante poner atención a los métodos de apantallamiento usados tanto en cables como en conectores.
El tipo más efectivo de apantallamiento combina cintas de papel de aluminio y cobertura trenzada del 85 %. Esto elimina dos tipos de problemas de ruido: 1) Previene la entrada de ruido externamente generado que pueda causar perturbaciones en señales internas, 2) y también previene ruido generado dentro del cable en sí mismo, que pueda causar perturbaciones en equipos electrónicos cercanos.
También para los conectores se necesita un buen apantallamiento. Debemos buscar aquellos que proporcionen también una puesta a tierra completa, impedancia de transferencia baja desde la pantalla a las láminas de entrada del conducto, y 360 º de terminación.

Trenzado optimizado

Los diseños de cables trenzados, que pueden variar sustancialmente, también juegan un papel en la eficiencia del sistema de transmisión.

Bibliografía


  •    Selecting cables for VFD applications. LAPP GROUP

Publicar un comentario en la entrada