Compresor de 15 kW que dispara ao arrancar cargado e recargo por reactiva
Unha planta de envases da Estrada ten un compresor de parafuso arrastrado por un motor trifásico de 15 kW (400 V, 50 Hz, 4 polos, cos φ = 0,83, η = 0,91). O arranque é directo (DOL) cun contactor e un relé térmico tarado a 30 A, protexido por un interruptor automático magnetotérmico de 40 A curva C. Co depósito baleiro o arranque é correcto, pero cando o compresor debe arrancar co depósito a 6 bar (a válvula de descarga non actúa) o automático dispara de forma aleatoria, unha de cada tres veces. A alimentación faise cun cable de 4×6 mm² de cobre, cun percorrido de 45 m en tubo empotrado ata o cadro xeral. A distribuidora aplica recargo cando o cos φ medido no punto de conexión baixa de 0,95, e actualmente o contador rexistra 0,83. O xefe de mantemento propón «subir o automático a 63 A e seguir traballando».
1. Calcula a corrente nominal de liña e valora se o cable, o relé térmico e o automático son axeitados. Explica por que dispara só cando arranca cargado.
Read the worked answer
Corrente nominal. Potencia absorbida: P_abs = 15 000/0,91 = 16 484 W. I = P_abs/(√3·U·cos φ) = 16 484/(1,732 · 400 · 0,83) = 16 484/575 = 28,7 A.
Relé térmico. Tarado a 30 A ≈ 1,05·I_n: correcto para protexer o motor fronte a sobrecarga.
Cable. 6 mm² de cobre en tubo empotrado ten unha intensidade admisible da orde de 32 A. Cun automático de 40 A, o cable non queda protexido fronte a sobrecarga (a protección debe cumprir I_n,automático ≤ I_z do cable). Subilo a 63 A agravaríao de forma inaceptable: a proposta do manteiro é un erro de seguridade, non unha solución.
Por que dispara. Nun arranque DOL a corrente de arranque é de 6 a 8 veces a nominal: 172–230 A. Un automático de 40 A curva C dispara magneticamente entre 5 e 10·I_n = 200–400 A, é dicir, o arranque cae dentro da súa banda de disparo. Co depósito baleiro o par resistente é baixo, o arranque dura pouco e normalmente remata antes de que actúe o bimetal ou o magnético; con 6 bar no depósito o compresor arranca cargado, o par resistente é alto, o réxime de xiro tarda en subir e a corrente mantense elevada, disparando o automático de forma aleatoria.
Corrección. (1) Reparar a válvula de descarga ou o temporizador de descarga para que o compresor arranque sempre sen carga: é a causa raíz. (2) Protexer o motor cun automático de curva D ou un interruptor de motor, ou cun arrancador progresivo. (3) Non aumentar o calibre sen recalcular o cable.
2. Calcula a batería de condensadores necesaria para acadar cos φ = 0,95 e indica como e onde se conecta.
Read the worked answer
Potencia reactiva a compensar. Q_c = P·(tan φ₁ − tan φ₂)
- cos φ₁ = 0,83 → φ₁ = 33,9° → tan φ₁ = 0,672
- cos φ₂ = 0,95 → φ₂ = 18,2° → tan φ₂ = 0,329
Q_c = 16,48 · (0,672 − 0,329) = 16,48 · 0,343 = 5,66 kvar
Elección. Unha batería normalizada de 6 kvar. Comprobación: tan φ₂' = 0,672 − 6/16,48 = 0,308 → φ₂' = 17,1° → cos φ = 0,956, que cumpre o límite de 0,95 sen sobredimensionar (un exceso de reactiva capacitiva tamén se penaliza).
Conexión. En paralelo coa instalación, o máis preto posible do punto de conexión, con protección propia (fusibles ou automático), contactor dedicado e resistencias de descarga rápida. Debe desconectarse cando o motor pare para evitar autoexcitación e sobretensións. Nun circuíto con variador de frecuencia non se conecta unha batería fixa entre variador e motor: os condensadores non soportan a modulación PWM e a compensación faise na entrada do variador ou cun filtro activo.
Comprobación adicional. Tamén hai que verificar que o transformador e os cables non queden sobredimensionados pola reactiva e que a batería non entre en resonancia coa reactancia da rede; se hai harmónicos importantes, usar condensadores con reactancia de desacoplamento (filtro sintonizado).
3. Se finalmente se instala un variador de frecuencia, indica tres efectos sobre a instalación e como se mitigan.
Read the worked answer
1. Harmónicos. O rectificador do variador inxecta harmónicos característicos (5ª, 7ª, 11ª) que poden elevar a THD de tensión por riba do 8 % e quentar transformadores, condensadores e neutros. Mitigación: reactancia de liña do 3–4 %, filtro pasivo sintonizado ou filtro activo, e non instalar condensadores de compensación sen reactancia de desacoplamento.
2. Quecemento a baixa velocidade. A ventilación propia do motor depende da velocidade; por debaixo de 25–30 Hz o motor non evacúa a calor xerada e hai que reducir o par (ou sobredimensionar) ou instalar ventilación forzada. Cómpre comprobar o ciclo de traballo real do compresor antes de decidir.
3. Sobre tensións e correntes de modo común. Os flancos PWM nos cables longos producen reflexións que poden duplicar a tensión nos bornes do motor e correntes de circulación por rodamentos. Mitigación: cable apantallado para motor, pantalla conectada a terra nos dous extremos, lonxitude de cable limitada e, se é necesario, reactancia de saída ou filtro dV/dt.
Protección. O variador incorpora protección térmica electrónica (I²t) que pode substituír o relé térmico, pero convén manter unha protección de respaldo. Se hai corrente de fuga con compoñente continua, o diferencial debe ser tipo B, non tipo AC. O arranque pasa a ser progresivo, co que desaparece o problema orixinal de disparo e o pico de corrente.