Cables VFD y su uso para alargar la vida de los motores 

31.10.22 08:42 PM By kinenergy.internacional

Los cables para variador de frecuencia o cables VFD sirven como interconexión entre el variador de velocidad y el motor utilizado en los procesos de una planta industrial, además, su uso nos permite brindar protección contra sobre voltajes e interferencia magnética.


Estos cables nos permiten proteger nuestros equipos y sus entornos de las interferencias y corrientes parasitarias gracias a que su estructura garantiza que las señales y los impulsos sean transmitidos sin ninguna alteración.


Las características generales de un cable VFD son:


  • Blindaje total para impedir inducción y radiación.
  • Diseño de tierras simétricas para evitar corrientes inducidas.
  • Aislamiento robusto para soportar estrés por altos picos de voltaje.

Los variadores de frecuencia nos permiten tener un control sofisticado de los motores de corriente alterna debido a que estos posibilitan el ajuste de velocidad con precisión; éste se logra con la variación de la frecuencia al motor. Sin embargo, no se envía una frecuencia de onda pura al motor, más bien se envía una serie de pulsos, cuyo ancho varía y puede generar ruido o interferencias electromagnéticas (EMI) reduciendo la vida útil del cable e interrumpiendo el funcionamiento del sistema.

Los VFD son utilizados para alimentar motores en una variedad de aplicaciones de control de movimiento industrial, bombeo y extrusión. Los beneficios de utilizar un VFD sobre los accionamientos tradicionales incluyen un control más preciso del motor y una eficiencia energética mejorada. 


Este tipo de cables de suministro de energía eléctrica-electrónica nos permiten dar forma a la tensión en los devanados de un motor y así estimular un control estricto de la velocidad del motor y de la salida de par. 


El problema es que puede haber corrientes incontroladas y otros fenómenos eléctricos asociados a este suministro eléctrico conformado y si no se mitigan, pueden resultar perjudiciales para la mayoría de los componentes y sistemas de automatización que se encuentran en las proximidades del VFD.

En resumen, los cables VFD:


  • Aceptan como entrada la corriente sinusoidal de la alimentación eléctrica.
  • Rectifican (convierten) la energía de línea en corriente continua.
  • Utilizan transistores bipolares de puerta aislada para invertir la corriente continua, más concretamente, en trenes de impulsos modulados con precisión.


En palabras simples, los interruptores del accionamiento apagan y encienden la tensión para la corriente que hace girar al motor como si recibiera una onda sinusoidal de corriente suavemente modulada. Con esta forma de accionamiento, denominada modulación por ancho de pulsos, la velocidad de salida depende en última instancia de la frecuencia de los pulsos de corriente.


En el momento de la puesta en marcha, los devanados del estator del motor eléctrico se comportan como un inductor que construye gradualmente un campo magnético y luego pasa la corriente. 


El cable que alimenta la energía eléctrica desde el VFD hasta el motor ve un desajuste de impedancia en su unión con el motor, en este caso, los excesos antes mencionados hacen que las ondas de reflexión hagan rebotar algunos de los bordes de ataque de la forma de onda de la tensión hacia el cable (hacia la electrónica de accionamiento) en la conexión de alta impedancia del cable con el motor. Es por este punto, la importancia de utilizar el cable VFD más óptimo para el funcionamiento del sistema.


Características de un cable VFD


Aislamiento de polietileno reticulado (XLPE)


Este aislamiento debe tener excelentes propiedades dieléctricas que permitan evitar la ruptura de las tensiones de voltaje y corriente, descargas de corona, etcétera. El aislamiento de polietileno reticulado nos ayuda a reducir los efectos potenciales de los armónicos y nos proporciona un rendimiento eléctrico estable que reduce paradas en el sistema ocasionados por el fallo del cable y prolonga la vida útil de la instalación, cabe destacar que el polietileno reticulado (XLPE) es la opción recomendada, frente a los cables de polietileno o PVC estándar. 

Pantalla con cobertura 100%

 

La pantalla con cinta de aluminio-poliéster solapada y trenza de hilos de cobre estañado con una cobertura del 100% de los conductores que rodea nos permite asegurar un apantallamiento total, ésta cumple la función de evitar que el ruido generado por el cable VFD se escape.

Geometría del cable

 

Se recomienda la distribución simétrica de los conductores de tierra, para reducir los efectos de las corrientes inducidas; esta simetría crea características eléctricas más uniformes en el cable, proporciona un sistema de puesta a tierra más equilibrado.

Seguridad adicional en caso de incendio

 

Se recomienda la instalación de cables VFD cuyo aislamiento exterior tenga cero contenidos de halógenos y baja emisión de humos en caso de incendio. De este modo se protegen las vidas humanas y los equipos electrónicos.

 

¿Cuáles son los beneficios por usar cables VFD?

  • Reducción del efecto corona.
  • Reducción en el desgaste y deterioro en la cubierta y asilamiento.
  • Mayor soporte en los picos de tensión y variaciones de voltaje.
  • Reducción del ruido eléctrico hacia el exterior como al interior, esto gracias a la pantalla helicoidal.
  • Se minimiza el efecto de onda reflejada, generado por las diferencias de impedancia que existen entre el cable y el aislamiento del motor.
  • Minimiza las distorsiones armónicas hacia el motor.
  • Se reducen potenciales defectos en el motor, por ejemplo, en el bobinado o rodamiento mecánico.
  • Posee una alta confiabilidad en instalaciones con grandes distancias entre el motor y el variador.
  • Mejora el control del proceso.
  • Tiene mayor confiabilidad.
  • Mejora la seguridad.
  • Mejora el factor de potencia.

 

¿En dónde podemos aplicar el uso de los cables VFD?

 

El uso de cables para variadores de frecuencia VFD es común en instalaciones fijas, motores o bombas de velocidad variable, estos son de utilidad para aplicaciones de control y mando de los variadores, electroválvulas, arranque de máquinas, regulación de temperatura, intensidad y tensión en válvulas motorizadas que son utilizadas en los equipos instalados en plantas industriales, edificios, centros informáticos, aeropuertos o mejor dicho en donde sea necesario evitar los campos de interferencia electromagnética y sus efectos adversos en nuestros sistemas. 

Las industrias donde se recomienda el uso de este tipo de cables son: industria alimenticia, plantas de generación de energía, industria automotriz, sistemas de aire acondicionado, cementeras, industria del acero, farmacéutica, entre otras.


Cuando debemos conectar motores con controladores VFD en nuestros proyectos siempre recomendamos utilizar este tipo de cables porque en caso de utilizar cables normales que solo sirven para una misma señal de frecuencia, es decir, para un encendido y apagado, servirán por poco tiempo, pues se verán dañados por las corrientes parasitas que salen del motor y esto llevará a un mayor número de paros por mantenimiento y gastos extras. 


Algunas pruebas en sitio que se les pueden hacer a los cables son:

 

Pruebas de continuidad: permiten asegurar que los conductores y las pantallas son continuos a lo largo de la trayectoria y permite también confirmar la identificación de fases.

 

Pruebas de aislamiento con un VLF: la prueba de muy baja frecuencia (VLF) para cables de media y alta tensión es un método para verificar la integridad del aislamiento del cable. Esta prueba posibilita la detección de daños de aislación en el menor tiempo posible sin afectar la calidad del material de aislación. 

 

Pruebas de descargas parciales: el propósito de la prueba de descarga parcial es verificar que el aislamiento del cable esté libre de descargas parciales por encima de una magnitud especificada a un voltaje especificado, esta descarga parcial puede tener lugar o no junto al conductor. 

 

Conclusiones

 

Este tipo de cables son ideales para conectar motores con controladores VFD, aquellos que varían la frecuencia de la señal y el voltaje para regular al mismo tiempo la velocidad del motor de corriente alterna. Los cables VFD son los únicos cables que logran reducir significativamente la interferencia, además, soportan el aislamiento de tres o más veces el voltaje típico nominal y evitan la perdida de energía al optimizar el consumo de la misma.


Es importante que el cable que conecte al motor con el variador no sea cualquier cable industrial estándar, pues estos solo sirven para una misma señal de frecuencia, es decir, para un encendido y apagado. Estos cables comunes servirán por poco tiempo pues se verán dañados y se necesitará un mayor número de paros en el sistema para realizar el mantenimiento, mismo que implicará un gasto extra durante la operación de tu negocio.


Los variadores de frecuencia VFD los utilizamos en aplicaciones de procesos en HVAC, en operaciones generales de bombas, compresores y calderas; también son esenciales para el funcionamiento de una serie de sistemas discretos de automatización industrial que emplean motores eléctricos y otros equipos que pueden beneficiarse del aumento de la eficiencia.

El éxito de la aplicación de estos variadores de frecuencia VFD depende de la consideración de sus efectos eléctricos y electrónicos perjudiciales en los componentes y sistemas conectados y contiguos, razones por las cuales, es de vital importancia la correcta selección y utilización de los cables VFD.

 

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Fuentes:

 

¿Qué es un cable para variadores de frecuencia VFD / EMC?, https://www.topcable.com/sites/es-lat/cables-vfd/, último acceso (31/10/2022).

Cómo abordar el ruido de los VFD y los motores con cables especiales, https://www.digikey.es/es/articles/addressing-vfd-and-motor-noise-with-specialty-cable, último acceso (31/10/2022).

¿Cómo reducir la interferencia electromagnética?, https://www.topcable.com/sites/es-pe/reducir-interferencia-electromagnetica/, último acceso (31/10/2022)


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