CAIDA DE TENSION EN ALIMENTADOR DE VF

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JULIAN SANTIAGO LUNA AYQUIPA

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Feb 16, 2013, 5:42:52 PM2/16/13
to Lista Electrica Salvador Martinez
Estimados amigos de la lista Salvador Martinez
 
Estamos instalando motores de 150 y 250 HP, 440 V, 3fases, con arrancadores tipo variador de velocidad, mi consulta es ¿como calculo la caida de tension en el cable alimentador?. El tablero de arranque esta ubicado en la sala electrica a 85 metros de longitud donde esta ubicado el motor. Sabemos que la onda de la corriente ya no senoidal. Apreciare puedan compartir paper, normas o catalogo de algun fabricante con estos principios.
 
Saludos
 
Santiago Luna
Ing Electricista
Lima Peru

omar graterol

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Feb 17, 2013, 10:20:23 AM2/17/13
to JULIAN SANTIAGO LUNA AYQUIPA, Lista Electrica Salvador Martinez

Santiago, veo que estas preocupado por la caída de voltaje; pero en realidad este no es el problema más importante; en todo caso te debo decir que la caída de voltaje se calcula en forma similar a como si fuera un motor con arrancador estándar, usando curvas de caída de voltaje vs. la distancia, para la corriente de plena carga del motor, o calculándola conociendo  las características del cable y haciendo el cálculo según la formula
 
 Vd = 1.732 x Imotor x (R*Cos o + X*Seno o) x L.
Siendo:
Imotor = Corriente de Plena carga del motor
 
R = Resistencia del cable seleccionado / unidad de longitud
X = Reactancia del cable seleccionado / unidad de longitud.
L = Longitud del cable.
 
En este caso la caída en arranque del motor se hace con la corriente de arranque reducida, según el tipo de Variador, no debe ser un problea ya que estos equipos disminuyen la corriente de arranque a valores entre 1,5 y 3 Ifl.
 
La otra forma de cálculo, es ubicar un programa en Internet, mediante el cual se selecciona y se calcula la caída de voltaje del motor. Anexo un ejemplo de este cálculo para un motor de 460 Vac, de 150 HP. Como puedes ver para el ejemplo, se requiere un conductor 4/0, y la caída de voltaje es 4,6 Voltios (En tu caso para 440 Vac, algo más 1%). Este cálculo fue efectuado según programa de Electrician2.com, cuyo  link copio a continuación:
 
Lo importante como te indique al inicio, es la distancia entre el variador y el motor, la cual según recomendaciones típicas de los fabricantes no debe pasar de 25 a 30 pies (Unos 10 mts.), y en tu caso según lo indicado llega a 80 m.
Lo otro que debes tener en cuenta, es que el motor debe ser diseñado para trabajar con variadores (Inverter Rating), mayor nivel de aislamiento entre otras características (1600 Voltios, vs. 1000 voltios en motores normales)
El cable para la alimentación del motor, debe ser un cable especial, apantallado, para salida de VFD; esto es para mitigar los problemas de interferencia por radio frecuencia (RFI). Si utilizas tubos metálicos para la canalización, esto deja de ser un problema. OJO, tampoco se deben meter varios motores en la misma canalización.
 
El problema con la distancia tan larga, entre el Variador y el motor, es que a mayor distancia, mayor es el riesgo de daño a aislamiento del motor, debido al fenómeno causado por la alta velocidad de switcheo del variador y la capacitancia del motor, que puede llegar a generar pulsos de hasta 2000 voltios en los terminales del motor, causando daño o esfuerzos importantes al aislamiento del motor. Además mientras más largos los cables del motor o más distancia haya entre el variador y el motor, la capacitancia del cable es mayor, haciendo estos pulsos aún mayores.
 
RECOMENDACIÓN:
Verificar y adaptar el diseño a las recomendaciones del fabricante, si se debe mantener la distancia entre el Variador y el Motor, instalar filtros especiales diseñados para contrarrestar la capacitancia del motor y disminuir la magnitud de los pulsos de voltaje ("Long Lead Filters").
 
En el caso de que el motor trabaje a bajas velocidades (Baja frecuencia a la salida del variador), debido a la característica de los variadores de mantener la relación V/Hz, el voltaje baja proporcionalmente a la reducción de la frecuencia, en este caso la caída de voltaje será mayor en %, basado en el voltaje reducido por control del variador. Este caso también se debe verificar, conociendo la mínima frecuencia o velocidad a la cual el motor debe trabajar, considerando que a pleno voltaje 460 Vac y 60 Hz ( 7,67 V/Hz).
 
Por otra parte al usar motores normales, y trabajarlos a bajas velocidades, disminuye el enfriamiento y puede afectar el aislamiento del motor.
 
Saludos,.................Omar Graterol
Ingeniero Electricista
Maracaibo - Zulia - Venezuela
Telf. 58-261-7436648
Cel. 58-414-6338693
 

-- -- www.listaelectrica.org LISTA ELECTRICA SALVADOR MARTINEZ "Somos la Lista de Consulta por Referencia de America Latina y Europa" --- Has recibido este mensaje porque estás suscrito al grupo "LISTA ELECTRICA "SALVADOR MARTINEZ"" de Grupos de Google.Para anular la suscripción a este grupo y dejar de recibir sus correos electrónicos, envía un correo electrónico a listaelectrica...@googlegroups.com.Para obtener más opciones, visita https://groups.google.com/groups/opt_out.  
CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL CONDUCTOR Y CALCULO DE CAIDA DE VOLTAJE DE UN MOTOR DE 150 HP.docx

Andres Felipe Jaramillo

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Feb 17, 2013, 7:11:22 PM2/17/13
to JULIAN SANTIAGO LUNA AYQUIPA, Lista Electrica Salvador Martinez
Julian

La caida de tensión importante es la de 60 ciclos.  Ya que esa es la componente que genera par. 

Las componentes de alta frecuencia se atenúan por la impedancia del cable y eso es mejor para el motor.

Saludos


-- 
Andres Felipe Jaramillo Salazar
Cali-Colombia
+57 2 5131937


--

Hugo Reyes

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Feb 17, 2013, 1:08:29 PM2/17/13
to omar graterol, JULIAN SANTIAGO LUNA AYQUIPA, Lista Electrica Salvador Martinez
La respuesta del Sr Omar fue completa ...y enfatiza el hecho que hay una distancia critica entre el VFD y el motor, que debe ser cuidadosamente analizada en el proyecto.

Otro aspecto que debes analizar es el impacto que los VFDs causan sobre la red por el contenidos de armonicos que inyectan a la red, causando distorsion armonica de voltajes y corrientes, ver el standar IEEE Recommend Practices & Requirements for harmonics Control in Power Systems (IEEE 519), la distorsion armonica total  debe ser menor a 5%, 
la cual se puede atenuar usando filtros de armonicos.

Saludos,
Ing Hugo Reyes
Maracaibo-Venezuela

Marcelo Palacios

unread,
Feb 17, 2013, 9:10:31 PM2/17/13
to Salvador Martinez lista

----- Mensaje reenviado -----
De: Marcelo Palacios <marcelo....@yahoo.es>
Para: Andres Felipe Jaramillo <igt.ingen...@gmail.com>
Enviado: Domingo 17 de febrero de 2013 21:08
Asunto: Re: [LESM] CAIDA DE TENSION EN ALIMENTADOR DE VF

Saludos Julián.
la respuesta de Andrés Felipe sintetiza tu requerimiento y despeja tus dudas.
Esta es una de las pocas situaciones donde la mayor distancia de conducción es favorable para un sistema.
saludos cordiales
Marcelo Palacios
Portoviejo Ecuador



De: Andres Felipe Jaramillo <igt.ingen...@gmail.com>
Para: JULIAN SANTIAGO LUNA AYQUIPA <jsanti...@yahoo.es>
CC: Lista Electrica Salvador Martinez <listaele...@googlegroups.com>
Enviado: Domingo 17 de febrero de 2013 19:11
Asunto: Re: [LESM] CAIDA DE TENSION EN ALIMENTADOR DE VF

omar graterol

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Feb 18, 2013, 10:37:00 AM2/18/13
to Marcelo Palacios, Salvador Martinez lista, Finol Herman

Marcelo/Andrés Felipe, sus comentarios que no se pueden catalogar de no acertados, pueden llegar a confundir a esta audiencia, debido a que habiendo una nota anterior a la de ustedes que presenta como un problema la distancia de los cables entre el VFD y el motor, posteriormente se envía otra nota que da a entender que es mejor para el motor si la distancia es larga, sin ninguna explicación o razonamiento del porque se dice esto; lo cual me hace pensar en la necesidad de una aclaración:
 
En 1er. lugar, la nota original consultaba el método de cálculo de la caída de voltaje; y la respuesta es que se calcula igual que si fuera un arrancador normal, y se dieron varias vías de cálculo y algún ejemplo. En esto yo creo que no hay comentarios; solo que Andrés Felipe, indica que se calcula para 60 Hz, que es donde se presenta la caída importante.....esto es correcto y es aceptable una caída del 3 al 5%...no obstante esta caída en términos de % puede aumentar al bajar la velocidad, lo cual es originado por la relación constante V/Hz; en este caso se recomienda verificar la caída de tensión.
 
En 2do. Lugar, una vez indicado el procedimiento de cálculo, se dio el alerta que la distancia es mucho más importante que la propia caída de voltaje, ya que esta última no requiere un procedimiento diferente al normal y en realidad su cálculo es sencillo; al final se indicó seguir las recomendaciones del fabricante del VFD.
 
No obstante lo anterior, la afirmación de Andrés Felipe, indicando que mientras más distancia mejor para el motor, debe aclararse, y este es el objetivo de esta nota, ya que esto es cierto pero requiere entender lo critico de la distancia de los cables entre el VFD y el motor.
 
¿Porque la distancia es crítica?...La distancia es crítica, porque en motores controlados con VFD, existe la posibilidad de resonancia, la cual depende de los parámetros del cable (Reactancia y Capacitancia), los cuales son proporcionales a la distancia o longitud del cable y en este sentido existen estudios que indican que para distancias de 16m (50 pies) la frecuencia de resonancia esta entre 2 y 5 kHz, la cual se puede bajar hasta unos 0,5 kHz y 1,5 kHz para una distancia de 80m (250 pies).
 
Por otra parte el mismo paper indica, que para un VFD de la tecnología IGBT, su rango operacional de frecuencia esta entre 1 y 2 kHz.; lo anterior indica que por debajo de 16m (50 pies), la frecuencia de resonancia siempre estará por encima del rango operación de frecuencia de los VFD del tipo IGTB, por encima de 2 a 5 kHz (Esta es la razón por la cual muchos fabricantes recomiendan distancias menores a 50 pies (30 pies como lo indique en mi nota anterior).
 
¿Qué sucede con distancias mayores al aumentar la distancia desde los 50 pies hasta los 250 pies o más?...al aumentar la distancia de 16m (50 pies), hasta los 80m (250 pies), disminuye la frecuencia de resonancia de los 2- 5 kHz, a los 0,5- 1,5 kHz para 80 m (250 pies). Según lo anterior, conociendo que la frecuencia de operación de los VFD del tipo IGTB está entre 1 y 2 kHz; se puede concluir que con el aumento de distancia, la frecuencia de resonancia puede coincidir con la frecuencia de operación de los IGTB y puede originar las fallas.
 
Por lo anterior, muchos de los fabricantes, además de indicar las distancias máximas, recomiendan el uso de filtros o choques para eliminar la posibilidad de resonancia y de las consecuencias de la misma, que son picos de voltaje que sobrepasan las características de aislamiento del motor.
 
En todo caso se deben considerar las recomendaciones del fabricante, en cuanto a las distancias máximas de instalación y la instalación de filtros o reactancias adicionales. Es importante recordar que cada cable tiene sus características de reactancia y capacitancia y los valores de resonancia pueden cambiar.
 
Como experiencia, les puedo indicar tuve la oportunidad de trabajar en un campo, donde se instalaron más de 50 Bombas Electro sumergibles y sus primeros años de operación fueron un problema, ya que se presentaron muchas fallas tempranas (Por ejemplo, falla en pocas semanas de trabajo y generalmente antes de los dos años, que es la vida normal de la parte mecánica de una bomba electro sumergible; en PDVSA desde los años 95, tuvimos muchos casos, lo cual se constituyó en un problema para esa tecnología); que hoy en día pudiera estar solucionado con la experiencia adquirida.
 
ANEXO PAPER “Eliminating Motor Failures Due to IGBTBased
Drives when Connected with Long Leads”, de donde tome gran parte de los datos referidos.
 
No quiero concluir sin antes agradecer, la apreciación de los colegas José Luis Falcón y Hugo Reyes, quienes emitieron comentarios favorables a mi nota anterior, lo cual entre otras cosas me impulsa y obliga a esta aclaración.
 
De todas formas, cualquier comentario, me lo hacen llegar, que esto me obliga a profundizar en el tema.
 
Saludos,……………..Omar Graterol
Ingeniero Electricista
Maracaibo – Ziulia – Venezuela
Telf. 58-261-7436648
Cel. 58-414-6338693
 
 
De: Marcelo Palacios <marcelo....@yahoo.es>
Para: Salvador Martinez lista <listaele...@googlegroups.com>
Enviado: Domingo 17 de febrero de 2013 21:40
Asunto: Rv: [LESM] CAIDA DE TENSION EN ALIMENTADOR DE VF
----- Mensaje reenviado -----
De: Marcelo Palacios <marcelo....@yahoo.es>
Para: Andres Felipe Jaramillo <igt.ingen...@gmail.com>
Enviado: Domingo 17 de febrero de 2013 21:08
Asunto: Re: [LESM] CAIDA DE TENSION EN ALIMENTADOR DE VF
Saludos Julián.la respuesta de Andrés Felipe sintetiza tu requerimiento y despeja tus dudas.Esta es una de las pocas situaciones donde la mayor distancia de conducción es favorable para un sistema.saludos cordialesMarcelo PalaciosPortoviejo Ecuador


De: Andres Felipe Jaramillo <igt.ingen...@gmail.com>
Para: JULIAN SANTIAGO LUNA AYQUIPA <jsanti...@yahoo.es>
CC: Lista Electrica Salvador Martinez <listaele...@googlegroups.com>
Enviado: Domingo 17 de febrero de 2013 19:11
Asunto: Re: [LESM] CAIDA DE TENSION EN ALIMENTADOR DE VF
Julian

La caida de tensión importante es la de 60 ciclos.  Ya que esa es la componente que genera par. 

Las componentes de alta frecuencia se atenúan por la impedancia del cable y eso es mejor para el motor.

Saludos


-- Andres Felipe Jaramillo Salazar
Cali-Colombia
+57 2 5131937
El 16 de febrero de 2013 17:42, JULIAN SANTIAGO LUNA AYQUIPA <jsanti...@yahoo.es> escribió:
Estimados amigos de la lista Salvador Martinez
 
Estamos instalando motores de 150 y 250 HP, 440 V, 3fases, con arrancadores tipo variador de velocidad, mi consulta es ¿como calculo la caida de tension en el cable alimentador?. El tablero de arranque esta ubicado en la sala electrica a 85 metros de longitud donde esta ubicado el motor. Sabemos que la onda de la corriente ya no senoidal. Apreciare puedan compartir paper, normas o catalogo de algun fabricante con estos principios.
 
Saludos
 
Santiago Luna
Ing Electricista
Lima Peru

 
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EliminatingMotorFailures.pdf

Daniel Hidalgo

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Feb 19, 2013, 8:29:41 AM2/19/13
to omar graterol, Marcelo Palacios, Salvador Martinez lista, Finol Herman
Buenos Dias colegas

Debido a que la discusion me parece sumamente interesante por los aportes y por un proyecto en el cual estoy particiapndo que se esta usando vfd´s para 20 bombas, la maxima distancia que se esta manejando que se tiene desde dichos arracandoresm hasta la bomba mas lejana es 320 m. Quisiera como puntualizar una conclusion, diciendo que primordialmente hay que consultar al fabricante de los vfd que se van a utlizar sobre las implicaciones que esto representa o es una regla general que los variaodores no deberian estar a maximo 100 m (por decir una distancia)...

Gracias de antemano por sus aportes

Saludos

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Daniel J. Hidalgo
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omar graterol

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Feb 19, 2013, 10:54:32 AM2/19/13
to Daniel Hidalgo, Marcelo Palacios, Salvador Martinez lista, Finol Herman
Daniel, siempre el fabricante tiene la palabra con base a el conocimiento que tiene de sus equipos, tenologia, frecuencia de switcheo, etc..
 
En muchos caso hasta el cable de conexion entre el variador y el motor lo suministra el fabricante del variador (Caso muy especifico, el de instalcion de bombas electrosumergibles, en pozos petroleros, que incluso se debe considerar, la temperatura en el pozo, el maximo tamaño del orificio en el tubo de perforacion reservado para el cable, ambiente en el cual estara el cable, que puede contener H2S, CO2, gas natural, y aditivos del pozo que pueden atacar el cable); ademas en estos caso existe una caja de conexion entre el motor y el variador, que lleva sellos y venteo de gases que puedan venir en el cable desde el pozo.
 
Saludos,.................Omar Graterol

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Daniel Hidalgo

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Feb 19, 2013, 11:00:33 AM2/19/13
to omar graterol, Marcelo Palacios, Salvador Martinez lista, Finol Herman
Omar, en este caso se trata de pozos, y los variadores no se encuentran ubicados en campo sino en un caseta de potencia con el resto de los tableros.. tanto el cable como los varioadres se compraran por separado... en este caso se deberia solicitar consulta a el fabricante sobre las caracteristicas que debe tener el cable (el q se esta usando es cable armado) y que para las 20 bombas se esta manejando distancias entre 100 y 320 m la mas lejanas de la caseta de tableros?
--
Daniel J. Hidalgo
cel.- (0058) 04166307868

omar graterol

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Feb 19, 2013, 11:22:43 AM2/19/13
to Daniel Hidalgo, Marcelo Palacios, Salvador Martinez lista, Finol Herman
Daniel, como te dije en la nota anterior, siempre es necesario consultar al fabricante...y si el fabricante de la bomba es diferente del fabricante del variador, se debe consultar tambien al fabricante de la bomba.
 
Saludos,.............Omar Graterol

-- Daniel J. Hidalgocel.- (0058) 04166307868Antes de imprimir este e-mail piense bien si es necesario hacerlo Considere el medio ambiente -- -- www.listaelectrica.org LISTA ELECTRICA SALVADOR MARTINEZ "Somos la Lista de Consulta por Referencia de America Latina y Europa" --- Has recibido este mensaje porque estás suscrito al grupo "LISTA ELECTRICA "SALVADOR MARTINEZ"" de Grupos de Google.Para anular la suscripción a este grupo y dejar de recibir sus correos electrónicos, envía un correo electrónico a listaelectrica...@googlegroups.com.Para obtener más opciones, visita https://groups.google.com/groups/opt_out.  

Jean Carlos Salazar Prada

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Feb 20, 2013, 10:41:09 PM2/20/13
to Marcelo Palacios
Buenos días estimados Colegas 

Este tema me parece muy interesante e importante.  

A las aplicaciones de variadores de velocidad , varios fabricantes   han realizado
estudios, y han encontrado puntos relevantes  que se deberían cumplir para un optimo desempeño de las 
instalaciones en general, al igual para evitar daños (y sobrecostos en operación y mantenimiento).

Según estudios los problemas generados en aplicaciones con Variadores de frecuencia, también implican daños a los rodamientos del motor y partes mecánicas de los mismos (estudio realizado por ABB), muchas veces se acusan a los ingenieros mecánicos pero en realidad es causa eléctrica.

Rockwell (Allen-Bradley) y ABB, recomiendan el uso de cables armados con armadura tipo MC (metal clad- totalmente sólidos, con soldaura continua y corrugado a presión) 

CABLES RECOMENDADOS PARA APLICACIONES VDF´s:

1. Nunca utilizar cables monopolares (es el peor error), el cable deberá ser tripolar (120 grados de separación). Esto minimiza los efectos de los campos mágneticos.

2. Siempre utilizar tres conductores de puesta a tierra - separados 120° y alrededor del las fases. Siempre equivalente a la exigidas por UL y NEC; pero siempre por arriba del valor exigido nunca por debajo. 

3. El cable debe soportar los picos de voltaje generados por los VDF´s.

4. Siempre utilizar una armadura continua, 100% SOLIDA, en material de alta conductividad, baja resistencia y sólidamente conectado al sistema de puesta a tierra.(ejemplo tipo C-L-X). Con baja resistencia eléctrica y alta conductividad. Este diseño facilita que todas la corrientes parásitas y perturbaciones sean drenadas a tierra. No se recomienda usar armadura tipo interlock (estilo de fleje); ya este solo ofrece protección mecánica y una resistencia alta- no ofrece un óptimo sistema de puesta tierra- no ofrece protección de hermeticidad.
Con la combinación tierras triangulares y armadura continua - sólida, se minimizan capacitancias internas, voltajes inducidos, corrientes circulantes dentro del motor.

4. Siempre utilizar aislamiento Termoestable (thermo-set insulation), con baja SIC (Specific Inductive Capacitive) y alta rigidez dieléctrica en amplio rango de frecuencias, el cual me ofrezca una menor capacitancia posible. Esto me minimiza el voltaje de onda reflejada.
No utilizar cables con aislamiento que no sean termoestables como  PVC (baja tensión) ó  XLPE (media tensión) ya que produce un efecto de voltaje reflejado. El PVC tiene un SIC  alrededor de 5.0
El material deberá ser XHHW-2  o EPR según sea caso; el cual tiene un coeficiente SIC 
El aislamiento XWW-2  y el EPR tienen un SIC de 2.6 a 3.0

Relación entre el material de aislamiento y voltaje de onda reflejada:
Un bajo SIC significa menor capacitancia  del cable, mayor característica de impedancia del cable , menor coeficiente de reflexión y menor voltaje de onda reflejada.
(**si requieren un estudio más profundo puedo enviarlo a su correo)


Como experiencia personal he visto como se explota el cable monopolar y daños en los variadores.
Al hacer el cambio por cable tripolar armado (C-L-X) apropiado se mejoraron todos los problemas que se generan con el uso de los VDF´s. 
En otro motor que aun continua con cable monopolar siguen los problemas de cables averiados, explotados, caidas de tensión (una, dos fases), perdida de variador y reemplazo y lo más grave perdida de la producción. Actualmente, el consumo eléctrico ha aumentado y no saben la razón.

Espero sea de ayuda para todos ustedes.

Atentamente,

JEAN CARLOS SALAZAR PRADA
Bogota, Colombia







De: Marcelo Palacios <marcelo....@yahoo.es>

Para: Salvador Martinez lista <listaele...@googlegroups.com>
Enviado: Domingo, 17 de febrero, 2013 9:10 P.M.
Asunto: Rv: [LESM] CAIDA DE TENSION EN ALIMENTADOR DE VF
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