La instalación y protección eléctrica adecuada de los variadores de velocidad ajustable (ASD) y variadores de frecuencia (VFD) depende en parte del cumplimiento de los requisitos de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios NFPA 70 y el Código Eléctrico Nacional (NEC).
A partir del Código de 2005, los requisitos para ASD y VFD se consolidaron en una sola sección, la Parte X, bajo el Artículo 430 (Motores, Circuitos de Motor y Controladores). Esta consolidación se realizó con la intención explícita de que otras partes relevantes del Artículo 430 también se aplicarían a menos que se aborden específicamente en la Parte X.
Los cambios del NEC/NFPA70 2020 incluyen la adición de varios párrafos en la sección 430.122.
Estos cambios ayudarán al usuario a determinar la ampacidad correcta para los conductores utilizados con equipo de conversión de energía (VFD o ASD).
Los variadores de velocidad o frecuencia son un tipo de equipo de conversión de energía que proporciona un medio para ajustar la velocidad de un motor eléctrico.
Un variador de frecuencia, VFD, es un variador de velocidad ajustable que controla la velocidad, las RPM, de un motor controlando la frecuencia y el voltaje suministrado a un motor.
La Parte X de la NEC/NFPA70. Sistemas de velocidad ajustable (ASD) o Variador de velocidad modifica o complementa la Parte I – IX del Artículo 430.
Los cambios realizados en la Sección 430.122 se han agregado para ayudar al usuario a comprender y tener en cuenta la instalación segura de estos variadores.
La nota informativa No. 2 de 430.122 (A) proporciona información específica sobre el efecto que tienen los variadores de velocidad ajustable en los conductores. El instalador debe tener en cuenta las salidas de voltaje, corriente y frecuencia no típicas del variador, y la longitud, la separación y el aislamiento de los conductores utilizados al diseñar la protección de variadores de velocidad.
Se ha agregado el párrafo 430.122 (B) para ayudar a aclarar cómo dimensionar los conductores de salida cuando se usa variadores de velocidad o frecuencia.
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Calculo de conductores para alimentación de variadores de velocidad (VFD)
Los conductores entre el variador y el motor deberán tener una ampacidad igual o superior al 125 por ciento de la corriente de carga completa del motor según lo determinado por 430.6 (A) o (B). Hay una excepción a esto cuando el variador de velocidad o frecuencia esta certificado y marcado como «Adecuado para protección del conductor de salida», ósea que cuenta con protección interna.
La excepción es que los conductores de salida deben tener una ampacidad igual o mayor que lo mayor de: 430.122 (B) , ósea 125% de la corriente de carga completa del motor según lo determinado por 430.6 (A) o (B) ; o la ampacidad mínima del conductor marcado en el variador . Esta excepción va seguida de una nota informativa que le dice al usuario que la ampacidad mínima requerida de los conductores de salida es a menudo diferente a la de los conductores de suministro o entrada.
Los cambios a la Sección 430.122 brindan al usuario una mejor explicación de lo que se requiere al calcular el tamaño mínimo y la ampacidad de los conductores de salida para un variador de velocidad ajustable individual y cómo determinar la ampacidad de los conductores de alimentación cuando se agrega un variador de velocidad ajustable a un circuito con otros motores y / u otras cargas.
Una breve descripción general de estos requisitos ayudará a comprender la instalación y protección correcta de un variador de velocidad.
Los conductores del circuito ramal y del alimentador que suministran potencia al ASD y VFD deben dimensionarse para el 125% de la corriente de entrada nominal del variador, a menos que se tenga una bypass o derivación como parte del sistema del variador.
Ejemplo de calculo de cable de alimentación de un variador de velocidad
¿Qué tamaño de conductores de circuito ramal se requieren para un variador de velocidad con una entrada nominal de 25 A cuando los terminales del variador de velocidad permiten máximo 75°C?
- Amperaje de entrada del variador de velocidad: 25A
- Conductor: 25A x 1.25
- Conductor: 31.25A, 10 AWG nominal 35A a 75 ° C [Tabla 310.15 (B) (16) antes 310.16]
Tenga en cuenta que la corriente de entrada nominal se basa en la capacidad de la electrónica del variador para manejar el amperaje sin sobrecalentamiento y tales factores en la capacidad de sobrecarga.
Para una aplicación determinada, la corriente de entrada varía cuando un variador es monofásico; Los fabricantes normalmente requieren una reducción del 50% en variadores monofásicos, lo que significa que para una carga determinada, un variador monofásico consumirá aproximadamente el doble de la corriente de entrada de una unidad trifásica. Por lo tanto, al diseñar los amperajes del alimentador para un variador, es fundamental que se utilicen los amperajes de entrada adecuados para el tamaño del variador .
Si el variador incorpora un bypass, se requiere que los conductores de alimentación deban ser de un tamaño mayor del 125% del amperaje de entrada de la unidad o el 125% del amperaje del motor a plena carga tal como se define en la sección NEC 430-6. Esto es para asegurar que no se excedan las temperaturas nominales del conductor en el circuito de alimentación.
Protección de sobrecorriente para variadores de velocidad (VFD)
Los variadores de velocidad deben protegerse de acuerdo con las instrucciones del fabricante. De acuerdo al artículo 430.130 (A) (2). Algunos ejemplos de protecciones sugeridas por los fabricantes son los siguientes:
Protección de sobrecarga de los VFD
No se requiere protección adicional contra sobrecarga del motor si el ASD y VFD incluye protección contra sobrecarga y está marcado como tal ; si el variador no está marcado, entonces la autoridad competente debe asumir que el ASD y VFD no incluye dicha protección. Afortunadamente, la mayoría de las unidades incluyen protección contra sobrecargas y etiquetado adecuado. Sin embargo, se necesita protección de sobrecarga adicional en los siguientes casos:
- Si el variador no está equipado con protección de sobrecarga del motor, entonces se debe instalar una protección externa, dimensionada según el Artículo 430, Parte III.
- Si el variador contiene un bypass. En este caso, se deben proporcionar protección contra sobrecargas en el circuito de alimentación para proteger el motor cuando se deriva el variador. Nuevamente, las sobrecargas deben dimensionarse según la Parte III.
- Si un solo variador alimenta varios motores, se debe proporcionar protección de sobrecarga (y en la mayoría de los casos de sobrecorriente) del tamaño adecuado en cada conjunto de cables del motor en el lado de carga del variador.
Protección contra sobrecalentamiento
Los motores alimentados por ASD o VFD requieren una protección adecuada contra sobrecalentamiento en algunos casos. Tales casos incluyen aquellos en los que el motor “no está clasificado para operar a la corriente nominal de la placa de identificación sobre el rango de velocidad requerido por la aplicación” (Sec. 430.126 (A), NFPA 70, 2008). En estos casos, la protección debe adoptar la forma de uno o más de los siguientes:
- Un protector térmico de motor por según 430,32
- Un sistema ASD con protección de sobrecarga sensible a la velocidad y la carga con memoria de retención térmica. (Pero la retención de memoria térmica no es necesaria para cargas de servicio continuo).
- Un relé de sobretemperatura con sensores térmicos en el motor.
- Un sistema ASD que acepta entrada (s) de sensores térmicos del motor
En esencia la intención es asegurar que los motores auto-enfriados controlados por variadores estén protegidos contra el sobrecalentamiento en casos donde la velocidad del motor es insuficiente para mover la cantidad de aire necesaria para mantener el motor a la temperatura permisible o por debajo de ella.
Y dado que un aumento de 10 grados centígrados por encima del valor nominal puede reducir a la mitad la vida útil del sistema de aislamiento del motor, esta es una consideración importante. Sin embargo, tenga en cuenta que los motores capaces de funcionar a velocidades lentas sin sobrecalentamiento, como los tipos totalmente cerrados sin ventilación (TENV), no necesitan tener esta protección.
Pero se debe tener cuidado en el caso de motores que usan enfriamiento suplementario, como agua o soplador auxiliar, para asegurar que la falla de los sistemas de enfriamiento sea reconocida rápidamente y el motor protegido.
Al igual que con todas las instalaciones, también se deben considerar las condiciones ambientales y al instalar variadores de velocidad, la longitud máxima del conductor de salida debe basarse en las restricciones de longitud del cable al motor del fabricante y las caídas de tensión.
El incumplimiento de las restricciones de longitud máxima de los cables al motor por parte del fabricante o las pautas para la instalación de los conductores puede resultar en un rendimiento deficiente del motor y un disparo molesto por sobrecarga.