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Cables para Variadores de Frecuencia (parte I/2)

Los variadores de frecuencia (VDF) son un método muy eficiente y simple para controlar la rotación de los motores de corriente alterna, y se pueden encontrar en sistemas de correas transportadoras, bombas, ventiladores, centrífugas, ascensores, entre otros. No obstante, el uso de estos equipos puede tener un gran impacto sobre la red de distribución de potencia, y en particular, sobre los cables eléctricos.

Aunque no existen requerimientos específicos para los conductores usados en cables para VDF, se deben considerar algunos aspectos para mejorar la calidad y seguridad en la instalación:

  • Material: Por lo general, los terminales para la conexión de los cables en los VDF están diseñados para el uso con conductores de cobre. Si se emplean conductores de aluminio, éstos perderán su ajuste en la conexión con el paso del tiempo, ocasionando problemas prematuros en el funcionamiento del equipo y se pondrá en riesgo la seguridad de la instalación.
  • Tipo de cableado: El uso de conductores con cableado flexible facilita la instalación y mejora la resistencia mecánica a las vibraciones a las que pueda estar sometido el cable.
  • Sección: Cables con mayor sección transversal tienen menor resistencia eléctrica, lo cual se traduce a una menor caída de voltaje a lo largo de la longitud del circuito.

En resumen, el conductor recomendado debe ser de cobre con cableado flexible, con una sección suficiente para alcanzar la capacidad de corriente requerida y tener la menor caída de voltaje en el circuito.

El Aislamiento

Durante el periodo que el cable eléctrico está en operación, el Aislamiento es el componente que soporta directamente los esfuerzos eléctricos, térmicos y mecánicos. Entonces, dados los fenómenos que se presentan durante las aplicaciones con VDF, es importante tener en cuenta las siguientes consideraciones:

  • Material termoplástico o termoestable: Las descargas por efecto corona entre los conductores del cable pueden generar temperaturas elevadas por encima del valor nominal de operación del cable. Si se usan materiales termoplásticos (como PVC o Polietileno), pueden ocurrir daños prematuros. Por lo tanto, el material de aislamiento debe ser del tipo termoestable (como XLPE o EPR), debido a su mayor estabilidad térmica.
  • Voltaje nominal: Durante la operación de los cables para VDF, se producen peaks de voltaje repetitivos que pueden duplicar el voltaje nominal, por lo que el espesor y material de aislamiento debe ser capaz de soportar estos niveles de voltaje en forma permanente. Por esta razón, se debe privilegiar el uso de materiales de aislamiento con elevados valores de resistencia de aislación (la constante de resistencia de aislación exigida por la norma IEC 60502-1 para el XLPE y el EPR es 3,67 MΩ·km mientras que para el PVC es 0,037 MΩ·km).

Dado lo anterior, el uso de cables con aislamiento sobre-dimensionado se convirtió en una práctica habitual cuando se usaban materiales termoplásticos, que se deformaban debido al calentamiento y no podían soportar los peaks de voltaje. Los fabricantes tenían que usar cables de 1kV y 2kV para circuitos VDF de 480V para prevenir fallas en los cables.

No obstante, con el uso de materiales termoestables como el XLPE, la situación es diferente: para la mayoría de las aplicaciones en variadores de frecuencia que operan a 480V o menos, se recomiendan cables con aislamiento termoestable para 600V. En tanto, para aplicaciones en VDF con voltaje de operación hasta 690V, es suficiente el uso de cables para voltaje nominal de 1kV.

  • Constante dieléctrica y tramos largos: Para minimizar el riesgo de sobrecargas ocasionadas por el incremento en las cargas capacitivas, se debe preferir el uso de materiales de aislamiento con muy baja constante dieléctrica como el XLPE. Las cargas capacitivas se incrementan a medida que aumenta la longitud del cable (los valores típicos de constante dieléctrica son: XLPE: 2,1-2,4; EPR: 2,7-3,7; EVA: 3-4; PVC: 3,5-6,5.).

El polietileno reticulado (XLPE) es el aislamiento ideal para ser usado en cables para VDF por ser un material termoestable, presentar una elevada resistencia de aislación y tener los valores más bajos de constante dieléctrica.

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