Solución de problemas después de las actualizaciones de energía de la planta

Tratar de ahorrar dinero en energía no siempre es tan simple como parece. La instalación de variadores de frecuencia (VFD) y la modificación de los sistemas de iluminación son dos de las formas más rápidas y aceptadas de lograr ahorros de energía significativos. Sin embargo, pueden surgir nuevos problemas como resultado.

Uno de los primeros pasos para resolver estos problemas es comprender que los propios dispositivos energéticamente eficientes pueden ser la causa. Si bien la mayoría de los balastos de iluminación, controles de iluminación y
VFD que ahorran energía funcionan bien en los sistemas de distribución eléctrica modernos, este equipo puede crear pesadillas para solucionar problemas en instalaciones más antiguas.

Los problemas eléctricos resultantes de las actualizaciones de alta eficiencia y ahorro de energía se incluyen en una o más de estas tres áreas:

• Aplicación
• Instalación (incluido el inicio)
• Mantenimiento

Discordancias de VFD
Una de las aplicaciones de ahorro de energía más comunes en las instalaciones es el uso de VFD en bombas centrífugas, ventiladores y sopladores. Variar las velocidades del motor es una forma mucho más eficiente de controlar las tasas de flujo y, por lo tanto, mantener la temperatura del agua que hacer funcionar el motor y la bomba a toda velocidad y acelerar una válvula para ajustar las tasas de flujo. Pero surgirán problemas si:

• El VFD no se ha dimensionado ni seleccionado correctamente
• La instalación del variador y del motor no se realizó con un VFD en mente
• Los parámetros no se establecieron correctamente al inicio
• Los efectos de las corrientes armónicas no se consideraron en el diseño ni se abordaron en el mantenimiento

El efecto no lineal de las cargas electrónicas
Los variadores de frecuencia son dispositivos electrónicos complejos llamados cargas no lineales que varían su voltaje y frecuencia de salida para controlar la velocidad del motor. El sistema de distribución suministra voltaje, sin embargo, la corriente no fluye hacia el VFD hasta que el circuito rectificador en la sección del convertidor comienza a conducir. Dado que la corriente no fluye linealmente cuando se aplica voltaje, el equipo se denomina "no lineal".

Cuando los diodos permiten repentinamente el flujo de corriente, se crea una "muesca" en la onda sinusoidal que provoca la distorsión de la onda sinusoidal. El circuito rectificador VFD también hace que las corrientes regresen al sistema de distribución en múltiplos de 60 hercios (Hz). La corriente que regresa en múltiplos de la fundamental se llama corriente armónica. El tercer armónico es tres veces el fundamental de 60 Hz o 180 Hz. La quinta corriente armónica está a 300 Hz, y así sucesivamente.

Armónicos
Estas corrientes armónicas no solo tienden a distorsionar el voltaje en toda la planta, sino que ciertas frecuencias armónicas crean problemas exclusivos de ese armónico. Por ejemplo, el tercer armónico provoca un sobrecalentamiento en los transformadores y conductores neutros. El quinto armónico puede causar problemas en el motor, como sobrecalentamiento, ruidos y vibraciones anormales e ineficiencia del motor.

El resultado final:todos los equipos electrónicos crean armónicos y distorsionan el voltaje distribuido en la planta.

Otras cargas no lineales típicas agregadas durante las actualizaciones de energía incluyen balastos electrónicos, computadoras, controles (PLC, etc.) y varios componentes de los sistemas de automatización de edificios. Utilice siempre una herramienta de prueba de verdadero valor eficaz cuando mida cargas no lineales, especialmente corriente. Para conocer los antecedentes de por qué true-rms, visite www.fluke.com/true-rms.

Controles sensibles
Aquí está la causa raíz del problema:los sistemas de control modernos son a menudo sensibles a cualquier problema de calidad con la energía eléctrica que se suministran. Eso significa que las cargas no lineales de alta eficiencia crean problemas operativos no solo con otros equipos sensibles de la planta, sino también con ellos mismos. Irónicamente, el mismo equipo instalado para ahorrar energía a menudo causa ineficiencias y costos de mantenimiento inesperados.

Afortunadamente, algunas comprobaciones rápidas y la resolución de problemas eléctricos básicos pueden resolver muchos problemas.

Ejemplos de solución de problemas de VFD
Control de velocidad del motor deficiente o disparos molestos: Por ejemplo, un problema típico de VFD que se encuentra en el campo es que el variador no controla correctamente la velocidad del motor e incluso puede experimentar desconexiones molestas. Las dos causas más probables de este problema en particular:

• Desequilibrio de voltaje en las tres fases que alimentan el variador
• Armónicos que salen de la unidad y vuelven al sistema de distribución

Por ejemplo, un enfriador con un VFD instalado puede experimentar problemas de control de temperatura en ubicaciones específicas del sistema debido a ondas sinusoidales distorsionadas creadas por los armónicos. Esta distorsión afecta el funcionamiento de los PLC, controladores de temperatura y otros controles del enfriador.

Otra posibilidad:si los cables de retroalimentación del tacómetro no se seleccionan e instalan correctamente, la información de velocidad del motor errónea se retroalimentará al VFD, lo que hará imposible que el VFD controle la velocidad real del motor.

La solución:coloque un cable blindado para estas señales de bajo voltaje y conecte a tierra solo en un extremo.

Al enrutar estos conductores de bajo voltaje, asegúrese de que no estén instalados cerca de conductores de energía. La inducción electromagnética de los cables de alimentación puede afectar el control de bajo voltaje.

Comprobaciones de instalación: Para solucionar problemas de control de VFD, primero revise el diseño de instalación. Lo más probable es que se hayan seleccionado el variador, el motor y el equipo asociado adecuados, pero verifique de todos modos. Camine hacia abajo y observe la instalación. ¿Se seleccionaron e instalaron correctamente los tipos de cables correctos? ¿La instalación es adecuada para el entorno en el que se instala? ¿Están los recintos libres de polvo y cuentan con una ventilación adecuada?

Comprobaciones de los parámetros de Drive: Revise los parámetros programados en el variador. ¿Los datos ingresados ​​coinciden con la placa de identificación del motor? ¿Se ha configurado el variador para que funcione correctamente, como par variable para aplicaciones de bombas y ventiladores que ahorran energía? Si el VFD no controla el motor como se esperaba, podría deberse a que los parámetros operativos no se establecieron correctamente o, más que probablemente, fueron restablecidos por alguna persona bien intencionada que intentaba corregir otros problemas.

Comprobaciones de medición rápidas: Mida el voltaje de entrada del VFD con un multímetro digital de verdadero valor eficaz, verificando que el desequilibrio de voltaje esté dentro de las especificaciones del fabricante. Mida frecuencias y niveles de armónicos en el punto donde se suministra energía al VFD, utilizando una pinza amperimétrica de calidad de energía o un analizador de calidad de energía. Además, verifique si hay armónicos en el alimentador donde la energía al VFD también está suministrando otras cargas.

La solución:si el problema es el desequilibrio de voltaje, cambie y distribuya uniformemente las cargas monofásicas. Si se descubre que los armónicos son la causa, comuníquese con el fabricante del variador o con un fabricante de filtros de armónicos y determine e instale un filtro de armónicos debidamente ajustado.

Problemas con las modificaciones de iluminación
Disparos molestos: Sin lugar a dudas, las actualizaciones de iluminación ahorran dinero en la factura mensual de servicios eléctricos. Pero muchas instalaciones invierten en mejoras de iluminación solo para descubrir que las luces parpadean o no funcionan en absoluto. Los motores trifásicos aparentemente no relacionados se sobrecalientan, los servidores y las computadoras funcionan mal y se pierden datos. Los disparos molestos en los interruptores automáticos comienzan a ocurrir repentinamente. El equipo electrónico recién instalado se dispara misteriosamente por sobretensión o sobrecalentamiento, pero el equipo no muestra ningún signo de tales condiciones anormales.

Estos problemas generalmente se asocian con armónicos. Un estudio de IEEE indica que estos armónicos pueden convertirse en un problema importante si la iluminación fluorescente comprende el 25 por ciento o más de la carga de la instalación.

Los balastos electrónicos a menudo introducen corrientes armónicas en el sistema de distribución. Si la instalación es antigua y solo se colocó un cable neutro para cada uno de los tres conductores de fase sin conexión a tierra del circuito de iluminación (que comparten los neutros), el resultado puede ser un sobrecalentamiento de los conductores neutrales, tableros de distribución y transformadores. El mantenimiento a menudo encuentra y corrige estos problemas.

Un consejo:introduzca conductores neutros adicionales, uno por fase en total, según sea necesario. La termografía infrarroja a menudo puede identificar estos problemas antes de fallar.

Controles de atenuación: Las modificaciones habituales de las lámparas T-8 con balastos electrónicos y la sustitución de las lámparas incandescentes por fluorescentes compactas (CFL) generan importantes ahorros de energía. Para ahorrar energía adicional, atenúe la iluminación fluorescente cuando no se necesite una salida de luz completa. Esta atenuación se puede lograr con atenuadores manuales o con fotosensores que detectan el nivel de luz tanto en interiores como en exteriores, según sea necesario.

Asegúrese de hacer coincidir el tipo adecuado de control de atenuación con el balasto y el tipo de lámpara que se va a atenuar. Los desajustes aquí pueden resultar no solo en el funcionamiento incorrecto del equipo, sino también en los componentes del sistema de iluminación dañados.

Dependiendo del tipo de controles de atenuación utilizados, se puede instalar cableado de control adicional que opere de cero a 10 voltios. Colocar dicho cableado de control demasiado cerca de los conductores de energía durante la instalación o el mantenimiento puede resultar en un control de iluminación errático.

Un consejo:mantenga el cableado de control lo más corto posible durante la instalación.

Los controles de iluminación automatizados que apagan y encienden los bancos de iluminación de manera errática después de la instalación de los controles de ahorro de energía deben verificarse para el funcionamiento correcto del sensor. Algunos fotosensores pueden tener un ajuste de banda muerta disponible para cambiar el tiempo entre el apagado y el encendido de las luces.

Sobrecalentamiento de motores: Como parte de las actualizaciones de iluminación para ahorro de energía, los bancos de iluminación pueden cambiarse para ahorrar energía. Dependiendo de los circuitos conmutados, pueden producirse desequilibrios de fase en sistemas trifásicos. El mantenimiento recibe la llamada para reemplazar los motores que se han destruido por sobrecalentamiento.

Un consejo:Verifique el voltaje suministrado al motor durante todas las fases de operación de la planta.

El desequilibrio de voltaje máximo en los terminales del motor no debe exceder el 1 por ciento. El funcionamiento de un motor con un desequilibrio superior al 5 por ciento probablemente provocará daños en el motor.

Conclusión
La mejor herramienta para resolver problemas, después de una actualización, es una fuerza laboral bien capacitada y debidamente equipada. El conocimiento de cómo funciona la aplicación de ahorro de energía es el primer paso para resolver los problemas asociados. Revise el diseño, la instalación y los procedimientos de inicio para aislar y corregir muchos problemas. Dado que se requiere mantenimiento en el equipo, utilice un enfoque lógico y sistemático con las herramientas adecuadas para aislar los problemas.

Revise la Figura 1 para ver los problemas típicos encontrados después de las actualizaciones de ahorro de energía y para obtener ideas sobre dónde comenzar.

Para obtener más información, visite el sitio web de Fluke Corporation en www.fluke.com.

Figura 1. Problemas típicos informados después de las actualizaciones de energía y algunas verificaciones rápidas para resolver problemas.

Figura 2. Para preservar sus ahorros de actualización de energía, aprenda a solucionar y reparar problemas asociados internamente.