CAPÍTULO 6 ARRANCADOR SUAVE

MEDIA TENSIÓN SERIE VS65

2013

MOTORES DE INDUCCION

Un motor de inducción lleva a cabo dos funciones primarias: ARRANQUE - convertir la energía eléctrica en energía mecánica con el fin de superar la inercia

de la carga y acelerar hasta la velocidad nominal. MARCHA - convertir la energía eléctrica en trabajo productivo a una carga acoplada al motor.

FORMULAS ÚTILES

9550Nr·Tr P =o

pfNs 60· =

100)( xNs

NrNsNdes −=

Ns: velocidad sincronismo (rpm) f: frecuencia de alimentación(Hz) p: pares de polos del motor

Ndes: velocidad de deslizamiento(%) Ns: velocidad sincronismo (rpm) Nr: velocidad del motor (rpm)

Po: potencia de salida (kW) Nr : velocidad del motor r(rpm) Tr : par del motor (Nm)

Velocidad de sincronismo motor

Velocidad de deslizamiento (%)

Potencia de salida del motor

Potencia absorbida motor

ϕ·cos··3 P IVi =

Pi: potencia entrada (kW) V : tensión del motor (kV) I: corriente del motor (A) cosØ: factor de potencia

100· PiPoef =

ef: eficiencia del motor (%) Po: potencia salida motor (kW) Pi: potencia entrada motor (kW)

Eficiencia

MÉTODOS DE ARRANQUE DEL MOTOR

ARRANQUE DIRECTO ARRANQUE CON RESISTENCIAS PRIMARIAS

MÉTODOS DE ARRANQUE DEL MOTOR

AUTO TRANSFORMADOR ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL ARRANCADOR SUAVE VS65

El arrancador controla la tensión o la corriente suministrada al motor. Las prestaciones en el arranque y paro del motor se optimizan reduciendo la corriente de arranque y optimizando el par producido por el motor en la carga. Los arrancadores utilizan SCRs (rectificadores controlados

de silicio, también llamados tiristores), dispuestos en anti-paralelo y conectados en serie en cada fase. Esto proporciona un control del ángulo de fase de la forma de onda de tensión en ambas direcciones. Controlando la tensión se controla la corriente suministrada

al motor. El control continuo de la tensión en los bornes del motor elimina los transitorios de corriente que generan golpes de par en el motor. Este fenómeno ocurre en métodos de arranque que reducen la tensión de forma escalonada como: arranque estrella triangulo, auto-transformador, etc..

BENEFICIOS

VANTAJAS ELÉCTRICAS VENTAJAS MECÁNICAS BENEFICIOS DE APLICACIÓN

Reduce la corriente de arranque y

ajusta el par del motor con el par de arranque de la carga.

Elimina la sobrecorrientes en el arranque y transitorias durante el arranque y parada. Evitando caídas de tensión que puedan afectar el rendimiento de otros equipos.

Reduce el tamaño y costo de los transformadores, celdas y cables.

Menos corriente reduce las caídas de tensión durante el arranque.

Reducir la potencia de pico máxima que aumenta la potencia contratada en las instalaciones.

Protección completa y desconexión segura del motor.

Minimizar el par de arranque para

que coincida con los requisitos de la aplicación , reduciendo los golpes de par transitorios y el estrés mecánico.

Se aplica al motor un par suave y progresivo al eje del motor.

Reduce los tiempos de inactividad por mantenimiento.

BOMBEO Reduce las sobrepresiones en tuberías durante arranque el llenado. Elimina los golpes de ariete. Protección total de la bomba y detección de fallos prematuramente. Operación en ambos sentidos de giro para desatasque de bombas.

CINTAS TRANSPORTADORAS Reduce el deslizamiento de las correas. Reducir tirones bruscos (belt slap) en cintas transportadoras largas. Protección total del motor (sobrecarga, temperatura, fallo a tierra,…)

8

TOPOLOGÍA DEL ARRANCADOR

8

» Conexión en anti-paralelo de los tiristores.

» Tensión efectiva (rms) aplicados a la carga.

METODO DE ARRAQUE: RAMPA DE TENSIÓN

» La rampa de tensión es un método de arranque en el que se aumenta progresivamente la tensión aplicada al motor:

No existe desconexión de alimentación. El nivel de tensión inicial es ajustable. Se puede ajustar el tiempo. También se puede controlar la parada del motor.

METODO DE ARRANQUE: CORRIENTE CONSTANTE

» La corriente se fija a un valor determinado en función de la aplicación, por ejemplo (Ia=3xIn). Al principio la corriente se incrementa hasta alcanzar dicho valor. En este punto, el algoritmo de control no deja que la corriente disminuya. Para ello va incrementando la tensión de modo que se pasa de una curva a otra manteniendo la corriente constante durante el arranque.

Corriente de entrada a la tensión nominal Par a la tensión nominal

I START

IMAX

T MAX

T START

T LOAD

TSTART: Par de arranque TMAX : Par a la tensión nominal ISTART: Límite de la corriente de entrada IMAX: Corriente de entrada a la tensión nominal

%828.58.4%·120T

22

MAX =

=

=

InIn

IIT

MAX

STARTSTART

MÉTODO DE ARRANQUE: CORRIENTE CONSTANTE | PAR ACELERACIÓN

T BLOQUEO_CARGA

I BLOQUEO_MOTOR

T BLOQUEO_MOTOR

Par de aceleración

Cor

rient

e de

Ent

rada

(A)

Velocidad de rotor (% Max. Vel.)

Par (% nom

inal)

IARRAN: Corriente de arranque mínima IMOTOR_L: Corriente del bloqueo del rotor. T CARGA_L: Par de arranque mínimo necesario para

acelerar desde reposo.. T MOTOR_L: Par del bloqueo del rotor.

InInTT

ILMOTOR

LLOADSTART 19.4

%105%40·8.6I

_

_MOTOR_L ==>

MÉTODO DE ARRANQUE: CORRIENTE CONSTANTE | CORRIENTE MÍNIMA DE ARRANQUE

ARRANQUE SATISFACTORIO

Par de aceleración

Bloq.

ARRANQUE NO SATISFACTORIO

ESTIMACIÓN DE CORRIENTE MINIMA DE ENTRADA

T

I BLOQUEO_MOTOR

T BLOQUEO_MOTOR

Corriente a la tensión nominal Par a la tensión nominal

I START_1

IMAX_1

T MAX_1

T START_1

T LOAD_1

tacc: Tiempo de aceleración de una velocidad a otra (segundos) JT : Inercia total del motor rotor y carga, juntos acoplados (kg·m2). Δn: Diferencia de velocidad desde N1 a N2 (rpm) TACC:.Par de aceleración, es la diferencia entre el par del motor y el par de la carga.

2·55.9

·J 2_1_

T

ACCACCACC TT

Nt+

∆=

T MAX_2

IMAX_2

I START_2

T START_2

T LOAD_2

MÉTODO DE ARRANQUE: CORRIENTE CONSTANTE| TIEMPO DE ARRANQUE

N1 N2

1_START_11_ T LOADACC TT −=

Cor

rient

e de

Ent

rada

(A)

Par (% nom

inal)

MÉTODO DE ARRANQUE: CORRIENTE CONSTANTE

» La corriente se fija a un valor determinado en función de la aplicación, por ejemplo (Ia=3xIn). Al principio la corriente se incrementa hasta alcanzar dicho valor. En este punto, el algoritmo de control no deja que la corriente disminuya. Para ello va incrementando la tensión de modo que se pasa de una curva a otra manteniendo la corriente constante durante el arranque.

METODO DE ARRANQUE:CONTROL DE PAR DIRECTO

» CONTROL DINÁMICO DE PAR: La serie V5 incorpora un “Control Dinámico de Par”, exclusivo de Power Electronics, que asegura un arranque suave y progresivo en aquellas aplicaciones que presentan un momento de inercia elevado. Con este algoritmo de control conseguiremos una aceleración progresiva y una optimización de la punta de corriente durante el arranque.

METODO DE ARRANQUE: CONTROL DE PAR DIRECTO

» CONTROL DINÁMICO DE PAR: • El par no está obligado a ajustarse a una forma predeterminada: lineal o cuadrática. • El par va incrementándose en tanto se detecta que el motor no acelera. • Tan pronto el motor acelera el para se mantiene. • Si se quiere llegar antes al final, la rampa será más rápida. • En ningún caso se está entregando más par del que se necesita, con lo que no se está perdiendo energía.

AJUSTES DE ARRANQUE DISPONIBLES

Límite corriente Rampa Tensión + Límite corriente Control Directo de Par

Bloqueo rotor Corriente Directa

SACA EL MAYOR PARTIDO A TU

INSTALACIÓN CON EL DOBLE AJUSTE DE PARÁMETROS

AJUSTES DE PARADA DISPONIBLES

Paro con rampa de tensión ( Control de golpe de ariete)

Paro en giro

Potencia de arranque desde 150kW a 6.300kW

Rangos de tensión 2,3kVac – 11,0kVac

Mayor seguridad de usuario

Incorpora funciones de protección de motor de serie

Excepcional diseño robusto y fiable.

Alto par de arranque.

Fácil manejo y control intuitivo.

Completamente customizable a sus requerimientos

ARRANCADOR DE MEDIA TENSION VS65

TOPOLOGÍA VS65

SEC

CIÓ

N D

E IN

TER

CO

NEX

IÓN

DE

USU

AR

IO E

INTE

RFA

Z

SECCIÓN SCR

CIRCUITO DE DISPARO

PLETINAS DE SALIDA

CONTACTOR DE VACÍO DE LÍNEA

TRAMPILLAS ANTIEXPLOSIÓN

SECCIÓN CONTACTORES

STACKS SCR

TRANSFORMADOR MT DE AUXILIARES

PLETINAS DE ENTRADA

CONTACTOR DE

VACÍO DE BYPASS

MÁXIMA SEGURIDAD DEL OPERADOR

Zonas de control e interfaz totalmente independiente de secciones de media tensión.

Enclavamiento mecánico y eléctrico que evita una inesperada apertura de puertas o reconexiones.

Seccionador de puesta a tierra opcional que conecta a tierra cada fase evitando reconexiones inesperadas durante las tareas de mantenimiento.

Envolvente anti explosión resistente a arcos eléctricos. La energía generada durante el cortocircuito se libera a través de compuertas situadas en la parte superior, evitando así cualquier daño personal.

Prueba de aislamiento de fábrica de hasta 50 kV. Sobredimensionamiento de distancias creapage y clearance ofrece máxima seguridad frente a fallos de aislamiento.

PRUEBA DE FÁBRICA Y PUESTA EN MARCHA

La prueba de baja tensión permite realizar de forma segura un test funcional que incluye: la integración con el control principal, activación contactores de vacío y bypass, configuración de E/S y disparo de tiristores.

Pruebas de fábrica a máxima corriente, opcionalmente se ofrecen pruebas presenciales especiales.

Power Electronics está presente en cada puesta en marcha para sacar el mayor partido del equipo para su aplicación.

PROTECCIÓN Y DESCONEXIÓN

Corriente motor arranque directo ~ 0.2kA - 0.6kA

Capacidad de corte del contactor ~ 2kA

Relé de protección térmica ~ 0.2kA – 1.5kA

Curva disparo del interruptor/fusible ~ 10kA – 40kA

Límite de contactor ~ 10kA - 40kA

Límite de cable/transformador ~ 0.2kA - 0.6kA

Conmutación de carga Protección de cortocircuito Medio de aislamiento Puesta a tierra

Las celdas de Media Tensión deberán ser capaces de proporcionar:

PROTECCIÓN Y DESCONEXIÓN Contactores de vacío

Interruptor en carfa adecuado para una alta frecuencia de desconexiones (>10,000 operaciones), con corrientes AC3 continuas (motor).

Se pueden utilizar fusible de protección y seccionador puesta a tierra (bloqueo). Disponibles las opciones fijas y extraibles. Intensidad nominal: hasta 400A * Tensión nominal: hasta 7,2kV* Intensidad nominal de corte: 4kA* Intensidad de corta duración pico: 60kAp Modelos disponibles de VS65 : o CL: Contactor de línea fijo/Contactor de línea por bypass. o CX: Contactor extraíble de línea/Contactor de bypass fijo o XX: Contactor extraíble de línea/ Contactor de bypass extraíble.

Fusibles

Protección de cortocircuito del motor. Corriente nominal: 20A -400A Tensión nominal: hasta 7,2kV Intensidad nominal de corte: 40kA

*: Consultar otras características

DESCONEXIÓN Y PROTECCIÓN Interruptor automático de vacio

Mecanismo de corte rápido capacidad de corte de altas corrientes de fallo. Se puede utilizar seccionador de puesta a tierra con

enclavamiento eléctrico o mecánico Corriente nominal: hasta 3150A * Tensión nominal: hasta 11kV* Corriente de corte nominal : 40kA Intensidad de corta duración pico : 104kAp

Seccionador puesta a tierra Seccionador manual que cortocircuita los 3 polos a tierra

antes de la desconexión. Es obligatorio para llevar a cabo el mantenimiento interno o tareas de supervisión. Capaz de soportar corrientes instantáneas de fallo a tierra. Sin capacidad de corte en carga. Se requiere bloqueo mecánico o eléctrico con contactores,

interruptores automáticos e interruptores.

*: Consultar otras características

DESCONEXIÓN Y PROTECCIÓN Seccionamiento, aislamiento y puesta a tierra

Seccionamiento, asilamiento y puesta a tierra manual, tras la desconexión. Sin capacidad de corte en carga. Capaz de soportar corrientes instantáneas de fallo a tierra. NO requiere enclavamiento mecánico o eléctrico con

contadores o interruptores, el dispositivo aísla el equipo de la red eléctrica. Sin embargo, el acceso a las partes conductoras deben protegerse por un bloqueo mecánico con un seccionador aguas arriba.

Seccionador manual o motorizado en carga que secciona y aísla de la red eléctrica. Capaz de soportar corrientes instantáneas de fallo a tierra. Se recomienda instalar Fusibles de protección y seccionador

de puesta a tierra (enclavados).

Seccionador de corte en carga

DESCONEXIÓN Y PROTECCIÓN Protectores sobretensión / Descargador sobretensiones

Dispositivos de protección contra sobretensiones destinados para la protección de la maquinaria eléctrica, cables, líneas, etc…frente a sobretensiones transitorias.

Las sobretensiones transitorias son causados por dos causas principales: o Un rayo provoca una tensión transitoria de alta energía. Esto puede generar una

corriente transitoria de 8/20 ms en un rango de 1.5 a 20 kA, dependiendo de la instalación.

o Los interruptores en carga provocan una tensión transitoria de nivel medio. Esto puede producir una corriente transitoria de 30/60μs del orden de 125 a1000 A, dependiendo de la instalación.

Tensión estimada sin protección

Tensión limitada por los protectores sobretensión

Resistencia dieléctrica de los equipos.

Tensión limitada por las protecciones de tensión.

DESCONEXIÓN Y PROTECCIÓN Tensión de funcionamiento continuo

3·05.1,

LTNTT

UMCOV ≥

LIT UMCOV ≥

MCOVTT,TN: Tensión máxima de funcionamiento en sistemas de distribución TN y TT.

MCOVTT,TN: Tensión máxima de funcionamiento en los sistemas de distribución de IT

UL: tensión de fase a fase del sistema (kV) UR: Tensión nominal del descargador de sobretensiones.

MCOVU R ·25.1≥

Ures: Tensión residual de protección BIL: Nivel de impulso básico (Basic Impulse Level ) que el equipamiento

eléctrico soporta. 4.1BILU RES ≥

Esta tensión aparecen entre los extremos del protector de sobretensión a tierra cuando se descarga la máxima corriente a tierra.

Éste se basa en la tensión de trabajo máxima de pico que es probable que ocurra en el sistema cuando se produce un fallo de una fase a tierra..

Protección Tensión Residual

DESCONEXIÓN Y PROTECCIÓN|PROTECCIONES ANSI ANSI FUNCCIÓN DE LOS

RELÉS DESCRIPCIÓN

14 Relé Tacométrico Se activa si la velocidad cae o excede de los valores predeterminados.

19 Sistema arranca Permite ajustar un tensión reducida en el arranque. 27 Relé de mínima tensión Se activa si la tensión cae por debajo de un nivel preestablecido.

37 Relé mínima intensidad baja potencia Se activa si la corriente o potencia baja por debajo de un nivel predeterminado.

38 Dispositivo térmico en cojinetes Se activa cuando la temperatura de los cojinetes es excesiva.

46 Relé de intensidad para equilibrio o inversión de fases

Se activa cuando las intensidades polifásicas están en secuencia inversa o desequilibrada o contienen componentes de secuencia negativa.

47 Relé de tensión para secuencia de fase Se activa con una incorrecta secuencia de fases.

48 Relé de secuencia incompleta

El equipo se para o desconecta cuando una secuencia no se a completado correctamente en el tiempo establecido. Aparece cuando el eje del motor se bloque por motivos mecánicos.

49 (P,R) Relé térmico para máquina transformadori2t

Se activa cuando la temperatura de la máquina o transformador excede de un valor fijado.(P = PTC, R = RTD)

50(N,G) Relé instantáneo o di/dt

Se activa con un valor excesivo de corriente o di/dt. Normalmente indica un nivel medio o alto de fallo, (N= neutro, G= tierra)

51 (N,G) Relé de sobreintensidad temporizado

Se activa cuando la intensidad sobrepasa un valor establecido de acuerdo a una curva de disparo térmico (N = neutro, G = Tierra

55 Relé factor de potencia Se activa si el factor de potencia. no llega o sobrepasa un valor dado. 59 Relé de sobretensión Se activa con un valor dado de sobretensión..

64 Relé de protección a tierra Se activa cuando se detecta una corriente de fuga a tierra desde el chasis, armario o estructura ndicando un fallo en el aislamiento de la máquina o transformador.

81 Relé de frecuencia Se activa si la frecuencia cae fuera de un rango preestablecido.

86 Relé de enclavamiento Funciona para parar y mantener un equipo fuera de servicio cuando ocurren condiciones anormales. Puede operar manualmente o eléctricamente.

Retraso arranque motor Detección de puertas abiertas Control aceleracción y paro Secuencia de arranque a funcionamiento Sobretemperatura SCRs Baja tensión de entrada Sub-carga Selector de control local/remoto Desequilibrio de fases Secuencia de fases Detección rotor bloqueado/ secuencia

incompleta Protección térmica i2t Protección sobrecorriente motor

Límite de corriente instantáneo en el arranque, Shearpin Alta tensión de entrada Pérdida de fase de entrada Rampa de paro de controlado Número máximo de arranques / hora –

Notching and jogging Fallo de comunicaciones Paro de emergencia local Contactor de línea y bypass Paro de emergencia externo Exceso tiempo de control de arranque

demasiado rápido (max. 120s)

Interruptor automático, fusibles, seccionador corte en carga o contactor general. Seccionador de puesta a tierra. Protector de fuga a tierra instantánea. Protección RTD estator y rodamientos.

Protección alto y bajo factor de potencia Estatus Interruptor automático, fusibles y

contactor Protección alta y baja frecuencia.

Opcional

DESCONEXIÓN Y PROTECCIÓN| PROTECCIONES VS65

FIABILIDAD

Electrónica recubierta con barniz de tecnología militar y aeroespacial (IEC61086-1:2004,-3-1), y aislada del exterior permite instalarse en los ambientes más adversos.

Grado IP42 de serie IP54 opcional sin filtro de polvo para los ambientes más polvorientos y húmedos.

Diseño EMC de envolvente para obtener una alta inmunidad y bajas emisiones.

Los contadores de línea y bypass aíslan las etapas de potencia de anomalías eléctricas durante el funcionamiento en régimen nominal.

Diseño de embarrados en cobre para corrientes de cortocircuito desde 40kA hasta 80 kA.

FIABILIDAD| SCRs

Diseño de SCR con alta tensión:

Sobrecarga contínua125% (60s) cada 10min @ 50ºC

Sobrecarga instantánea 500% (5s) cada 10 min @ 50ºC

Alta tensión de pico inversa sin bobinas (chokes).

Los circuitos Snubber ofrecen estabilidad de control SCR y protección de sobretensión.

Tensión nominal SCRs Pares de SCR en serie Tensión inversa de pico de los SCRs(V)

2.3kV 1 6.500V

3kV/3.3kV/4.16kV 2 13.000V

5kV/5.5kV/6kV/6.6kV 3 18.000V

10kV 4 26.000V

11kV 5 32.500V

INTERFACE DE USUARIO

Alfanumerico

retroiluminado

Pantalla 2x16 con

teclado de membrana.

LEDS indicadores:

CONECTADO, EN

MARCHA, FALLO

Teclado intuitivo.

SOLUCIONES PERSONALIZADAS

DISPONIBLES

Pulsador de parada de emergencia

Arranque local Parada local Fallo

Selector de control(local, remota, stop)

En marcha Parada Peligro Reinicio del sistema

SOLUCIONES A MEDIDA

CONTROL Y PULSADORES: Selectores y Pulsadores Preconfiguración E/S digital y analógicas. Borneros de interconexión de usuario Relés de protección instantánea de fuga a tierra. Relés de control de sondas PTC y PT100 Alimentación externa Protocolos de comunicación opcionales (profibus-DP, Dvicenet, Modbus

TCP,…) Control de resistencias de caldeo de arrancador y motor.

CELDA DE PROTECCION DE ENTRADA Interruptor automático Fusibles de media tensión. Contactores de vacío

extraíbles. Interruptor puesta a tierra. Celdas de entrada y salida

con contactores de vacío de conmutación y fusibles.

Celda conexión batería de condensadores.

Protectores de sobretensión

ENVOLVENTE Y CONEXIONES: Grado de protección IP54,

armario de acero inoxiddable, RAL pintura especial, idioma de etiquetado y señalización.

Conexión de potencia con acceso superior, lateral y posterior con cable o embarrado.

Integrción y protección de múltiples arrancadores en paralelo con protección general “Run bushbar”

CONFIGURACIONES RECOMENDADAS

CONFIGURACIONES RECOMENDADAS