Una actualización sobre los requisitos de diseño de cables VFD

Por María Gannon | 24 de octubre de 2018

Los cables VFD han tenido que ajustarse a lo largo de los años para satisfacer las necesidades cambiantes de los motores que utilizan. Los nuevos cambios en el Código de Instalaciones Eléctricas facilitarán más actualizaciones en los próximos años.

Contribución de Neal Allen, vicepresidente de ingeniería, HELUKABEL EE. UU.

Los VFD son un variador de velocidad ajustable que se utiliza en sistemas de variadores electromecánicos para controlar la velocidad y el par del motor de CA variando la frecuencia y el voltaje de entrada del motor. Se utilizan en aplicaciones que van desde pequeños electrodomésticos hasta grandes compresores.

El negocio de cables de transmisión de frecuencia variable (VFD) se ha convertido en un mercado extremadamente grande para los fabricantes de cables en los últimos 20 años. En el pasado, los motores de CA estándar tenían la complejidad de un motor de jaula de ardilla: bastaba con encenderlo y funcionaba. El primer rectificador controlado por silicio (SCR) fue desarrollado por Bell Labs/GE en 1958 para variar la velocidad de los motores eléctricos de CC utilizados en diversas aplicaciones. Desde entonces, hemos visto evolucionar la tecnología de control de velocidad del motor desde la integración a gran escala (LSI), el tiristor de apagado de puerta (GTO), la modulación de ancho de pulso (PWM), el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) y el pulso de vector espacial. modulación de ancho (SVPWM). Estas nuevas formas de conversión de energía para respaldar el control de velocidad en los motores VFD también han provocado que cambie la demanda de los cables, lo que ha dado lugar a muchas opciones de cables nuevas.

Cambios en los Códigos de Instalación Eléctrica

Las pautas actuales de NFPA requieren aislamiento RHH, RHW, RHW-2, XHH, XHHE o XHHW-2 para uso dentro del panel de control o gabinete del motor, pero se espera que este requisito pase a incluir el cable utilizado en el cableado externo de aplicaciones VFD en los próximos años.

Recientemente se produjo un nuevo cambio en la última revisión de NFPA que los fabricantes de cables están abordando actualmente, así como nuevas alteraciones adicionales que pueden ocurrir en NFPA 2021.

La actualización más notable en cuanto a la idoneidad de los cables para el uso de VFD según NFPA 79 (edición de 2018) es específicamente el Capítulo 4: Condiciones generales de funcionamiento. Actualmente, la interpretación general de la NFPA actual de 2018 para el cableado entre los fabricantes de cables es que el Capítulo 4, Artículo 4.4.2.8: Circuitos alimentados desde equipos de conversión de energía, que requiere aislamiento RHH, RHW, RHW-2, XHH, XHHE o XHHW-2 , está diseñado para el interior del panel donde el cableado está contenido entre los variadores y el equipo de protección (de los paneles) que pueden experimentar una sobrecarga inusual y/o una condición de falla. La razón detrás de esta creencia es que el requisito no está incluido en la sección que se aplica al cable para cableado externo, Capítulo 12: Conductores, cables y cuerdas flexibles.

Muchos fabricantes están haciendo ajustes a sus existencias de cables VFD en previsión de una posible actualización en tres años que requiere el uso de aislamiento RHH, RHW, RHW-2, XHH, XHHW y XHHW-2 para cumplir con el Capítulo 12 de la NFPA. creen que el requisito de conductores termoestables en VFD puede ser un cambio en el mercado en lugar de una preocupación real por la seguridad, ya que los picos de voltaje, la sobrecarga y las corrientes de irrupción pueden manejarse durante períodos prolongados mediante aislamiento termoestable (común para RHH, RHW, RHW-2 , XHH, XHHW y XHHW-2) sin fallas prematuras, y además estaría protegido por el dispositivo de protección del circuito utilizado en el sistema (disyuntor o fusibles).

Los productos seleccionados TOPFLEX y TOPSERV de HELUKABEL se han actualizado para usar aislamiento de conductores XLPE para servir mejor al mercado industrial de VFD.

El aislamiento XLPE y PE ofrece un beneficio real en términos de clasificaciones de capacitancia más bajas (a diferencia de otras opciones de aislamiento) para adaptarse mejor a la impedancia del motor y ayudar a reducir los problemas eléctricos en el sistema que pueden desperdiciar energía y aumentar el ruido eléctrico.

Para abordar el requisito de flexión continua de los cables utilizados en las cadenas de arrastre, el uso de revestimientos de poliuretano (PUR) y aislamiento de elastómero termoplástico (TPE) ha demostrado ser la mejor opción para el rendimiento y la vida útil prolongada (más de 10 millones de ciclos). Las cubiertas de PUR brindan la mayor resistencia a la abrasión y a los productos químicos, y también brindan una propiedad elástica a la cubierta que ayuda a mantener unidos los conductores del cable durante una larga duración de flexión junto con una alineación uniforme con la parte exterior de la cadena portacables, lo que evita que el cable de moverse (latigazos) en la vía.

Manejo de armónicos, EMI/EMC Los armónicos son otra pregunta común que surge en la lengua vernácula de VFD y muchas de estas preocupaciones se han abordado con hardware más resistente al ruido en las unidades de accionamiento. Todavía es un problema que debe abordarse porque todavía causa problemas de confiabilidad si no se toman las precauciones adecuadas durante la instalación del cable. Los cables VFD están protegidos con trenzas de alambre de cobre estañado y láminas de aluminio/Mylar. Esta construcción permite que el cable tenga emisiones EMC muy bajas que les permiten cumplir con muchos requisitos eléctricos como IEEE 519 y CE. IEEE 519.1 se aplica a la comunidad europea para ayudar a regular los armónicos en un sistema de energía. La preocupación de CE se orienta más hacia la salud de los empleados debido a la radiación EMI y los efectos negativos de la comunicación inalámbrica.

El resultado de una EMI/EMC más baja es que la energía disipada del blindaje se transfiere a la corriente en el blindaje a través del acoplamiento inductivo. Cuanto más largos son los cables, mayor es la corriente. Dependiendo de cómo esté conectado a tierra un sistema, estos cables podrían permitir que la corriente fluya a través del sistema hasta el punto de que el voltaje potencial que se supone que es cero voltios en una conexión a tierra del variador no es cero. Esto cambia la sincronización del variador y hace que los motores no funcionen a las velocidades para las que no están calibrados. La mayoría de los fabricantes de unidades requieren una cobertura trenzada mínima del 85 % y un sistema de conexión a tierra independiente para el blindaje. Esto ayuda a eliminar los problemas de bucle de tierra que se encuentran en las unidades VFD actuales.

Los cambios continuos en la cadena de suministro de VFD y los productos ofrecidos requieren que la industria del cable se ajuste a los nuevos requisitos de los clientes en términos de rendimiento y regulación. Los proveedores están interesados ​​en satisfacer las necesidades de los clientes a través de la innovación y la prueba de los nuevos requisitos reglamentarios. A medida que vemos más y más motores eléctricos reemplazando el control de potencia hidráulica y neumática en todas las industrias, es necesario perfeccionar estos productos para brindar mejores opciones desde una perspectiva de precio y rendimiento.

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