Cables para Variación de Frecuencia VFD:

Cables para Variación de Frecuencia VFD:

Cables para
Variación de
Frecuencia VFD:
Boletín Nº 30 · Julio de 2014 · Colombia
mejores eficiencias
en el motor.
1
Editorial
Cables para
Variación de
Frecuencia VFD:
mejores eficiencias
en el motor.
Boletín Nº 30 · Julio de 2014 · Colombia
Conozca el portafolio especializado
de cables para VFD de Procables.
1
Procables S.A.S. C.I.
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(+57) 321 490 5565
Costa Pacífica
(572) 485 3792
(+57) 310 307 5637
Eje Cafetero
(+576) 315 5237
(+57) 310 315 5701
Santanderes
La historia del uso de los dispositivos de variación de frecuencia o VFD, por sus
siglas en inglés: Variable Frequency Drive, se remonta a la crisis energética de
los 70; éstos llegaron como una solución efectiva para controlar la velocidad
de rotación de los motores eléctricos. Este hallazgo fue de gran importancia
por varios factores, permitió una reducción significativa del consumo eléctrico,
por ejemplo, en los Estados Unidos se encontró que entre el 60% y el 65% de
la energía consumida en el país se debía a la utilización de motores eléctricos,
de los cuales el 75% eran motores de ventiladores, bombas y compresores
(motores que requieren controlar su velocidad de acuerdo a las necesidades
del proceso específico). Esto generó un ahorro hasta de un 18% de la energía
eléctrica.
Los VFD, además de controlar la velocidad de rotación, permiten un mejor control del proceso, por lo tanto una mayor rentabilidad de la operación, ahorros
de mantenimiento y de pérdidas por inactividad.
Los motores con VFD son controlados por un proceso que se conoce como Modulación por Ancho de Pulso o PWM (Pulse Width Modulation) que requiere de
unos transistores de nueva generación denominados IGBT (Insulated Gate Bipolar) que permiten mayor velocidad en la operación, mayor torque de arranque y buen desempeño a baja velocidad (debajo de 10Hz). Estos transistores
necesitan de cables especiales para VFD debido a las altas velocidades que
manejan los IGBT.
Lo invitamos a revisar nuestras opciones presentadas en este boletín y a contactarnos para obtener mayor informcación y asesoría.
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Las opiniones expresadas
por los entrevistados no son
responsabilidad de Procables.
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Contenido
3
6
Cables para Variación de Frecuencia VFD:
mejores eficiencias en el motor.
Cable Soldador:
en equipos de soldadura y otros usos industriales.
Cables para Variación
de Frecuencia VFD:
mejores eficiencias en el motor.
Con el respaldo de General Cable, ofrecemos todas las soluciones de cables para la
interconexión de variadores de frecuencia (VFD) con motores eléctricos. Dadas las diversas
aplicaciones de motores eléctricos en el sector industrial, como en sistemas de aire
acondicionado, procesamiento de comida y de bebidas, industria petroquímica, minería y
metales, papel y pulpa, maquinaria industrial, transportación y en general, para cualquier
proceso que requiera variar la velocidad, nuestro portafolio cobra una gran importancia.
L
os sistemas modernos de control de velocidad de
motores utilizan la tecnología mediante la cual la
variación de la frecuencia incide directamente en la
velocidad del motor.
En este caso y dado que las frecuencias de operación son
sustancialmente mayores que los tradicionales 60 Hz,
se hace necesario emplear cables especiales tipo VFD
( Variable Frequency Drive).
En los motores, la energía eléctrica (la cual puede ser regulada o variada por el cambio de frecuencia), es convertida en
energía mecánica rotacional adecuadamente controlada.
En este proceso se involucran los siguientes componentes
(Gráfica Nº 1):
1. Variador de Frecuencia (VFD).
2. Motor eléctrico.
3. Cable VFD.
4. Interfaz gráfica.
Como consecuencia de esta conversión se puede controlar la velocidad de los motores que son usados en procesos comerciales e industriales como por ejemplo, bandas
transportadoras, molinos, ventiladores, bombas centrifugas, compresores u otros equipos.
Interfaz gráfica
Variador de
Frecuencia (VFD)
Cable VFD
Gráfica Nº 1: componentes que intervienen en la operación de los VFD.
Motor eléctrico
3
Debido a que las frecuencias de trabajo de los motores
con velocidad controlada por frecuencia son significativamente altas, se producen fenómenos de conmutación y
amortiguamiento de la onda que debe ser especialmente
tratados.
Si en estos casos se utilizaran cables de alimentación tradicional se pueden presentar problemas de manejo de señales de alta frecuencia que conducen a funcionamientos
inadecuados del sistema, los cuales en gran parte se resuelven mediante la simple selección adecuada del cable.
DISEÑO
triales: Clase I, División 2. Conductor RHH o RHHW-2
de cobre estañado o desnudo clase B, con tres fases
cableadas entre sí, aislamiento en polietileno reticulado (XLPE) resistente a la llama, con blindaje al 100%
(cinta de aluminio/poliéster y malla estañada o cinta de
cobre) y chaqueta de PVC.
• CCW®: son cables de potencia con armadura corrugada
continua, aptos para lugares peligrosos (Clasificados),
para plataformas petroleras fijas o flotantes; pueden
ser instalados en bandejas portacables, enterrado, en
concreto y en ambientes secos o húmedos.
Diseño básico:
• Exzellent 606: cables blindados o de alto voltaje para
aplicaciones marítimas. Son libres de halógenos, retardantes al fuego, con baja emisión de humo y gases,
resistentes al aceite y al lodo.
Son cables para circuitos de alimentación de motores de
inducción en instalaciones comerciales e industriales.
Constan de tres fases cableadas entre sí, con aislamiento
de alta constante dieléctrica (para optimizar la capacitancia del cable) y el conductor de puesta a tierra distribuido simétricamente en los intersticios que conforman
las tres fases.
• Cables Mor ® Polyrad®: cables de potencia flexibles,
para aplicaciones en plataformas y torres de perforación petroleras y de gas costa afuera "off-shore",
embarcaciones marítimas y para localidades clasificadas como Clase I, División 2 Zona 2 (sin armadura) y
Clase I, División 1, Zona 1 (con armadura).
Cuenta con una pantalla metálica que encapsula los campos eléctricos y además proporciona una capacitancia
uniforme y homogénea de cada una de las tres fases, característica totalmente favorable para las aplicaciones en
altas frecuencias.
• Cables XTMU®: cables de potencia semi-rígidos, de
baja tensión. Aptos para uso en minería subterránea,
en lugares con concentración de público. Retardantes
a la llama, no propagadores de incendio y no emisores
de gases tóxicos o corrosivos.
De acuerdo a cada aplicación el diseño puede variar:
CARACTERÍSTICAS
Diseños sofisticados:
A continuación relacionamos otros productos disponibles
para variadores de frecuencia:
• CVTC® VFD: son cables para conexión de motores eléctricos operados que utilizan inversores de voltaje con
modulación por ancho de pulso o PWM. Aptos para
instalaciones aéreas, ductos, bandejas portacables o
enterrado directo y para localidades peligrosas indus-
Cable VFD
En la gráfica Nº 2 se muestra la comparación de la señal
de voltaje de las fases y de la tierra de un cable convencional y el de un cable básico VFD, usando una fuente que
cambia rápidamente las corrientes eléctricas (PWM).
El cable convencional se ve afectado por una perturbación
ocasionada por el cambio rápido en la fuente. La señal de
Cable convencional
Cable Convencional
Cable VFD de Procables
1,000
0,750
0,750
0,500
0,500
0,250
0,250
Voltaje
Voltaje
1,000
0
-0,250
-0,500
-0,500
-0,750
-0,750
-1,000
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
-1,000
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Tiempo
Tiempo
Fase A
4
0
-0,250
Fase B
Fase C
Tierra
Fase A
Fase B
Fase C
Gráfica Nº 2: comparación de la señal de voltaje de las fases y tierra, entre los cables VFD y un cable convencional.
Tierra
• CUBIERTA EXTERIOR: chaqueta PVC de alta retardancia a la llama.
voltaje del conductor de tierra tiene una amplitud considerable. Esta amplitud de voltaje afecta el circuito eléctrico
interrumpiéndolo, obstruyéndolo y degradándolo.
Los cables VFD están orientados a reducir los efectos indeseables que generan los equipos de variadores de frecuencia al entrar en funcionamiento, tales como el ruido,
contaminación electromagnética e incidencia de picos de
tensión, por su distribución de tierras simétricas.
CONSTRUCCIÓN
La construcción básica de los cables VFD es de la siguiente manera (Ver gráfica Nº 3):
• CT: la configuración del cable VFD es apta para instalación en bandeja portacables.
En la tabla Nº 1 se suministra información de configuración de los cables VFD.
Los cables VFD representan la solución adecuada para la
conexión de motores cuya velocidad está controlada con
variadores de frecuencia; proporcionan los parámetros
adecuados para este tipo de aplicaciones. Además, pueden ser operados hasta 2000V, hasta 90 °C y en instalaciones en bandeja.
• CONDUCTOR DE 3 FASES: cobre suave clase B, con
aislamiento en XLPE FR (Flame Retardant - Retardante
a la llama) con tensión de servicio de 2 kV y temperatura 90 ºC.
Conductores
de cobre
Aislamiento
en XLPE-FR
• CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA SIMÉTRICO
(3 TIERRAS): tierras de cobre suave clase B distribuidas
simétricamente, que reducen significativamente la circulación de corrientes parásitas a través del motor u otras
partes metálicas.
• PANTALLA METÁLICA: formada por una cinta metálica
o metalizada de cobre traslapada, que confina al interior del cable las emisiones de campos eléctricos.
Conductor
de tierra
simétrica
Chaqueta
de PVC
Pantalla
metálica
Gráfica Nº 3: construcción básica del cable para VFD.
CABLES VFD 3F+3T
Calibre fase
Calibre de
cada tierra
Espesor de
aislamiento
Espesor de
la chaqueta
Diámetro
exterior
Masa
total
Capacidad de corriente
para una temperatura
de 90 °C
AWG/kcmil
AWG/kcmil
mm
mm
mm
kg/km
A
8
14
1,78
1,44
18,89
539,23
55
6
12
1,78
2,03
22,12
802,27
75
4
12
1,78
2,03
24,66
1072,19
95
2
10
1,78
2,03
27,87
1538,29
130
1/0
10
2,29
2,03
34,33
2249,94
170
2/0
10
2,29
2,03
36,76
2690,59
195
4/0
8
2,29
2,75
44,04
4145,26
260
250
8
2,54
2,75
47,69
4937,53
290
350
6
2,54
2,75
53,28
6482,22
350
500
6
2,54
2,75
60,34
8770,99
430
Tabla Nº 1: configuración de los cables VFD.
Los cables VFD se fabrican en Colombia bajo la norma de la NTC 1099.
Para consultar las certificaciones diríjase a la página www.generalcable.com.co
5
Cable Soldador:
en equipos de soldadura
y otros usos industriales.
Los cables Soldador han sido diseñados y probados específicamente
para soldadura; sin embargo, estos cables también se puede usar como
alimentadores flexibles en instalaciones industriales, bajo condiciones de
carga continua, como extensiones de cables de fuerza, alimentación de
maquinaria móvil, motores, partes móviles, puestas a tierras de equipos y
subestaciones. Por otra parte, son ampliamente utilizados en la conexión
de bancos de baterías estacionarias para equipos de alimentación de
potencia ininterrumpida (UPS).
E
n el proceso para soldadura, el intenso calor requerido para fundir el metal base es producido por un
arco eléctrico. Al hacer contacto la pieza de trabajo
(metal), la cual está conectada a tierra, con el electrodo
que está conectado a la tensión de trabajo (voltaje), se produce un corto circuito controlado y se genera el calor requerido para fundir o “soldar” los elementos metálicos en
cuestión (Ver gráfica Nº 1).
Equipo de
soldadura
Como es lógico, se requieren cables para conectar los elementos utilizados para soldar (portaelectrodo y la pieza).
Estos cables deben ser conductores flexibles, con la suficiente capacidad para transportar la alta corriente en períodos de tiempo relativamente cortos; el recubrimiento o
aislamiento debe soportar la temperatura, la abrasión y en
general las extremas condiciones de trabajo características de esta aplicación.
Para entender mejor cómo realizar la elección adecuada de
un cable soldador se deben tener en cuenta varios aspectos:
• Cable soldador para operación de carga continua.
• Cable soldador para equipo soldador manual.
• Cable soldador para equipo soldador automático.
Cables Soldador
Portaelectrodo
Conexión
a tierra
Corto circuito
o arco
(Masa)
Pieza de trabajo (Metal)
6
Gráfica Nº 1: elementos que intervienen en la soldadura.
AWG
Área mm2
A*
6
13,3
95
4
21,2
125
2
33,6
140
1/0
53,5
230
2/0
67,4
265
4/0
107,2
360
*C apacidad de corriente con factor de carga 100% (servicio continuo)
NTC 2050, Tabla 310-17
Tabla Nº 1: capacidad de corriente permisible de conductores sencillos
aislados hasta 2000V, al aire libre, temperatura ambiente 30 ºC y
temperatura del conductor 75 °C.
En ocasiones se cree que la capacidad
de corriente de un cable soldador puede
soportar mucha más corriente que un cable
convencional.
Pero, ¿es esto cierto? La respuesta es: ¡NO!
Lo que sí es cierto, es que el cable soldador
puede soportar mayor corriente pero en cortos
períodos de tiempo.
En pocas palabras si se va a usar el cable soldador para
otro tipo de aplicaciones diferente a equipos soldadores
(operación de carga continua), es necesario referenciar el
ciclo de trabajo del 100%. De esta forma la corriente que
se puede alcanzar es la adecuada para una operación continua, no para cargas discontinuas como los equipos soldadores.
de trabajo de 85 % con una corriente de 263 A. Pero si el
equipo se va a trabajar de forma manual se puede suponer
un ciclo de trabajo de 35% a 60% obteniendo corrientes de
285 A y 333 A.
Lo que podemos concluir es que únicamente para períodos cortos de tiempo el cable soldador puede soportar
mayor corriente.
Por lo tanto se puede establecer sin lugar a dudas que los
cables soldador de Procables, brindan una gran solución
debido a que incluyen un aislamiento en elastómero especialmente adecuado para uso rudo, garantizando un excelente comportamiento y desempeño, aun en condiciones
mecánicas, térmicas y eléctricas de alta exigencia.
El cable soldador de Procables puede ser utilizado en
cualquier tipo de ciclo, inclusive en forma continua. Pero se
hace imperativo identificar claramente el tipo de aplicación
en que se va a utilizar, para determinar adecuadamente el
valor de corriente que soporta el conductor.
Usualmente los equipos de soldadura son clasificados con
una capacidad de operación del ciclo de repetición basada
en un período de 10 minutos. Cuando no se conoce el ciclo
de trabajo de la fuente de alimentación o aplicación particular se puede suponer un ciclo de trabajo de 35% a 60%
en soldadura manual. Ciclos de trabajo de 85% se pueden
lograr en soldadura automática.
Cable Soldador 1/0 AWG con ciclo 10 min
400
350
Corriente (A)
300
En la tabla Nº 1 se muestra la capacidad de corriente de un
cable soldador de Procables para trabajo continuo.
250
200
150
100
50
En la tabla Nº 2 se muestra la capacidad de corriente para
trabajo en ciclos repetidos por período de 10 minutos.
En la gráfica Nº 1 se muestra la capacidad de corriente de
un cable soldador 1/0 AWG. Si el cable se va a utilizar de
modo continuo la capacidad de corriente es de 230 A. Si el
equipo a utilizar es automático se puede utilizar un ciclo
AWG
Área
mm²
0
-50
0
5
10
Tiempo (t)
35%
60%
85%
15
20
NTC 2050
Gráfica Nº 2: capacidad de corriente cable soldador 1/0 AWG.
Ciclo de trabajo para
soldadura automática
Ciclos de trabajo para
soldadura manual
85%
60%
35%
A*
A*
A*
6
13,30
104
106
114
4
21,15
142
147
163
2
33,63
193
205
233
1/0
53,51
263
285
333
2/0
67,44
308
336
398
4/0
107,22
420
467
570
*C apacidad de corriente con factor de carga 85%, 60% y 35% respectivamente.
Tabla Nº 2: capacidad de corriente para trabajo en ciclos repetidos por período de 10 minutos, temperatura ambiente 30 ºC
y temperatura del conductor 75 ºC.
7
¡NUESTRO COMPROMISO AMBIENTAL TAMBIÉN PUEDE SER EL SUYO!
¿Cuál es su aporte ambiental
desde su hogar?
Hablamos de cuidar el medio ambiente y es muy común escuchar el término
"Responsabilidad Ambiental", pero debemos preguntarnos si realmente sabemos
qué es y qué implica tener responsabilidad ambiental.
Se ha preguntado ¿Qué tan responsable está siendo con el medio ambiente?
La responsabilidad ambiental es un concepto cultural,
es una toma de posición frente al ambiente y a sí mismo,
frente a las acciones que como individuos realizamos y
que pueden ocasionar un daño o perjudicar al ambiente.
Podemos optar por ser individuos pasivos frente a las
injusticias ambientales de nuestro entorno o asumir dia-
riamente conductas sustentables y de compromiso con el
ambiente.
Para esto deberíamos preguntarnos qué estamos haciendo en nuestros hogares diariamente con el propósito de
ser responsables con el ambiente.
Algunas prácticas de gran aporte ambiental que recomendamos implementar en nuestros hogares:
1. Sea un comprador responsable, compre sólo lo necesario.
2. Reduzca al mínimo el uso de productos desechables.
3. Incentive el reciclaje.
4. Reutilice las bolsas plásticas.
5. Evite la generación de basuras (3R).
6. Reutilice al máximo los artículos o productos.
7. Utilice limpiadores amigables con el medio ambiente.
8. Ahorre agua en la limpieza personal.
9. Revise que no haya fugas de agua o goteo en las tuberías.
10. Recuerde que el inodoro no es un basurero.
11. Ahorre agua al regar su jardín.
12. Use detergentes o jabones biodegradables.
13. Aproveche la luz natural al máximo.
14. Desconecte los electrodomésticos cuando no los esté usando.
5. Use bombillos ahorradores de energía.
1
16. Use pilas y baterías recargables.
17. Compre electrodomésticos con certificación de ahorro.
18. No vierta aceites por el lavaplatos, lavadero, sifónes, etc.
19. Cumpla con las exigencias legales locales
para el embalaje y entrega de
residuos a los operadores
(Por ejemplo el Programa
"Basura Cero" en Bogotá,
donde se entregan los
residuos no aprovechables
en bolsas negras y los
residuos reciclables
en bolsas de color
blanco).
Recuerde que su responsabilidad ambiental se demuestra en las actividades diarias que realiza.
No hay acción pequeña para contribuir con su compromiso ambiental, sus acciones son ejemplo en su entorno.
Fuentes: 1. En línea en http://responsabilidadsocialintegrada.blogspot.com/2011/07/responsabilidad-ambiental-cual-es-mi.html, consultada el 20 de junio de 2014.
2. En línea en http://www.aec.es/web/guest/centro-conocimiento/responsabilidad-ambiental, consultada el 20 de junio de 2014.
SEGURIDAD
Procables, una empresa General Cable, se preocupa por la seguridad
de los técnicos electricistas de Colombia, por eso les recuerda:
No deje desajustadas las conexiones y evite así
puntos calientes, posibles incendios y accidentes.
El hacer buenas prácticas en las instalaciones eléctricas
es trabajar bajo los lineamientos técnicos.
www.procables.com.co