Medición de disyuntores/interruptores para trazas calefactoras autorregulables
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- Antonio Peña Bustamante
- hace 7 años
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1 Introducción El tamaño del disyuntor/interruptor para las trazas S/R se puede determinar con bastante facilidad usando los datos de las descripciones técnicas o el software de diseño del circuito de trazado calefactor CompuTrace. Sin embargo, en ocasiones un ingeniero o diseñador pregunta «Cuál es la base técnica de los datos de medición y los valores de diseño resultantes?». Este ThermoTip tiene por objetivo demostrarle la base técnica sobre la cual se lleva a cabo la medición del disyuntor/interruptor. Los factores clave a la hora de medir correctamente son: () la temperatura de arranque especificada, (2) el tipo de disyuntor/interruptor y la calificación de corriente admisible, (3) la característica de arranque específica de la traza S/R y (4) la longitud total del trazado calefactor conectado al disyuntor/interruptor. Característica de resistencia Debido a que la traza calefactora autorregulable tiene una característica de resistencia PTC (coeficiente positivo de temperatura), la resistencia aumenta con la temperatura. Un ejemplo de la resistencia efectiva de una traza calefactora como función de la temperatura de la traza (no de la tubería) se muestra en la Figura. Este ejemplo es para una traza calefactora de protección contra congelamiento. Resistencia efectiva (ohmios/m) Temperatura en C Fig.: Resistencia efectiva vs. temperatura de la traza Tensión nominal, 5,, Pico Equilibrio térmico/eléctrico del cable calefactor Equilibrio térmico de la tubería.. Tiempo de registro (segundos) Fig. 2: Respuesta de la corriente de arranque de la traza autorregulable La respuesta de la corriente de arranque puede ser descripta por tres valores de corriente. Pico la corriente que se produce después de la energización cuando la temperatura de la traza es la misma que la temperatura de la tubería (durante el arranque del sistema) Corriente máxima el nivel de corriente después de que la traza calefactora haya alcanzado su temperatura de equilibrio por encima de la temperatura de la tubería (por lo general, 3 segundos después de la energización) Corriente de operación el nivel de corriente cuando la tubería haya alcanzado su temperatura de operación o la temperatura de mantenimiento del diseño (varias horas después de la energización, según el tamaño de la tubería y el líquido contenido) La temperatura de la traza y de la tubería en estos tres niveles de corriente se muestran en la Figura 3. T calefactor = -2 C R = 24 Ω/m Máximo T calefactor = +44 C R = 66 Ω/m Operación T calefactor = +59 C R = 5 Ω/m Nótese que la resistencia de esta traza calefactora de protección contra congelamiento crece gradualmente de -2 C a 3 C. El rango de temperatura operativo típico de la traza se encuentra entre 4 C y 6 C. Después de los 6 C, la traza calefactora empieza a demostrar un crecimiento significativo de la resistencia a medida que se acerca a la temperatura de «cierre», cerca los 8 C. Característica de corriente de arranque Este cambio en la resistencia con la temperatura de la traza produce la característica de corriente de arranque de una traza S/R. En la Figura 2 se muestra un ejemplo de la característica de corriente de arranque de la traza S/R. T líquido = -2 C T líquido = -2 C T líquido = +5 C A la hora = + (energización) Fig. 3a A la hora = 3 segundos Fig. 3b A la hora = 4 horas Fig. 3c Temperatura de la tubería y la traza durante el arranque La Fig. 3(a) muestra la tubería y la traza en el momento de la energización. La tubería y la traza están a la misma temperatura de -2 C. En este ejemplo, la resistencia de la traza es de 24 W/m. La corriente para esta resistencia es la corriente PICO. Formulario TT22-9
2 La Fig. 3(b) muestra la tubería y la traza después de 3 segundos. En este momento, la tubería no cambió de temperatura pero el trazado calefactor ha llegado a la temperatura de equilibrio de 44 C por encima de la temperatura de -2 C de la tubería. La resistencia de la traza a 44 C es 66 W/m. Esto genera la corriente MÁXIMA. La Fig. 3(c) muestra la tubería a una temperatura de operación de 5 C. Para alcanzar esta temperatura de la tubería se necesitaron probablemente varias horas, según el tamaño de la tubería. La temperatura de la traza ahora es de 59 ºC y tiene una resistencia de 5 W/m. La corriente de este nivel de resistencia es la corriente de OPERACIÓN. Para este ejemplo, la resistencia efectiva de la traza se muestra tanto como una función del tiempo de arranque como una temperatura de la traza en la Figura 4. Resistencia efectiva (ohmios/m) Tiempo = Tiempo = 4 horas Tiempo = 3 s Temperatura en C Fig.4: Resistencia efectiva vs. temperatura y tiempo de la traza Esta es la base para la respuesta de corriente de arranque típica que se muestra en la Figura 2. Al medir el disyuntor/interruptor, la respuesta de corriente de arranque de la traza no debe cruzarse con la curva de disparo (mínima) del disyuntor/interruptor. Características del disyuntor/interruptor Las curvas de disparo del disyuntor/interruptor por lo general se muestran en gráficos logarítmicos con múltiplos de corriente nominal como una función del tiempo. A. segundos, el múltiplo de corriente nominal está en o cerca de la unidad. En la figura 5 se muestra un ejemplo de una curva de respuesta de un disyuntor/interruptor típico de América del Norte. Nótese que para este disyuntor/interruptor típico de América del Norte, la curva de disparo mínima permite una corriente pico equivalente a veces la calificación CB. Esto quiere decir que para un disyuntor de 2 A, se permitiría una corriente pico de 2 A y no se dispararía el disyuntor. No obstante, después de segundos la corriente de carga debe estar por debajo de 2, veces la calificación CB o, en el caso de un disyuntor de 2 A, 42 A. Las características de disparo de un disyuntor/interruptor no son todas iguales. Otras dos características de disparo comunes para un disyuntor/ interruptor internacional son de Tipo C y Tipo B. Las curvas de disparo para estos tipos de disyuntores/interruptores se muestran en la Figura 6(a) y 6(b). Fig. 5: Curva de disparo para disyuntor típico de América del Norte Fig. 6a: Curva de disparo para disyuntor típico IEC Tipo C Fig. 6b: Curva de disparo para disyuntor típico IEC Tipo B Formulario TT22-9 2
3 En vez de una corriente pico inferior permitida, la curva de respuesta Tipo C internacional de la Figura 6(a) es bastante similar a aquella típica del disyuntor/interruptor para América del Norte. La corriente pico permitida para el disyuntor/interruptor Tipo B es mucho más baja, con un factor de multiplicación de 2,. Por lo tanto, al medir la carga de calor de S/R para un disyuntor/interruptor, es importante especificar la clase o el tipo de disyuntor, además de su calificación de corriente admisible. Hay casos en donde la corriente máxima de la traza y la calificación del disyuntor son iguales y la corriente de arranque de la traza se cruza con la curva de disparo del disyuntor. Se muestran ejemplos en la Figura 8(a) y 8(b). Para el ejemplo del disyuntor QO, la intersección ocurrió en los primeros segundos. Para el disyuntor Tipo B, la intersección ocurrió en el momento + con corriente pico. El proceso de medición del disyuntor/interruptor Tal como se explicó anteriormente, la corriente admisible del disyuntor/interruptor debe ser medida para que la respuesta de la corriente de arranque de la traza esté por debajo de la curva de corriente de disparo mínima. O bien, como alternativa para un disyuntor/interruptor especificado, la longitud del cable debe ser tal que la respuesta de la corriente de la traza resultante esté por debajo de la curva de disparo. Para muchas opciones de traza S/R, si el valor de la corriente máxima (corriente a 3 segundos) es igual o inferior a la calificación del disyuntor/interruptor, la respuesta de la corriente de arranque de la traza está por debajo de la curva de disparo del disyuntor (no hay intersección). En la Figura 7 se muestra un ejemplo. Nótese que la curva de arranque de la traza está por debajo de la curva de disparo del disyuntor en todos los puntos. Este podría ser un caso donde la corriente máxima de la traza S/R a 3 segundos está apenas por debajo de 2 A y la calificación del disyuntor está a 2 A. Fig. 8a: Curva de disparo para disyuntor típico de América del Norte Fig. 7: Curva de disparo para disyuntor típico de América del Norte Máximo de amperios - con carga al % Fig. 8b: Curva de disparo para disyuntor típico IEC Tipo B Formulario TT22-9 3
4 Para evitar que se dispare el disyuntor, ambas curvas de corriente de arranque deben ser desplazadas hacia la izquierda para que no haya intersección. Este desplazamiento se puede cuantificar como un porcentaje de la calificación del disyuntor. El valor del porcentaje resultante se usa para disminuir la calificación de corriente admisible efectiva del disyuntor o la longitud del circuito al % de carga. Esto se muestra en la Figura 9(a) y 9(b). Para evitar una intersección, la curva de arranque de la traza debía ser desplazada hacia la izquierda al 8% de la calificación del disyuntor en la Figura 9(a) y al 7% de la calificación del disyuntor en la Figura 9(b). Para el ejemplo del disyuntor de América del Norte, la intersección ocurrió en los primeros segundos. Para el disyuntor IEC Tipo B, la intersección ocurrió en el momento + con corriente pico. Si ambos disyuntores de estos ejemplos tuvieran una calificación de 2 A, la corriente máxima permitida sería de 6 A y 4 A, respectivamente, no de 2 A. Por lo tanto, la pregunta ahora es «Cómo se establece la corriente máxima?». Anteriormente, la corriente máxima se definió de la siguiente manera: Corriente máxima el nivel de corriente después de que el trazado calefactor haya alcanzado su temperatura de equilibrio por encima de la temperatura de la tubería (por lo general, 3 segundos después de la energización) Esta es la corriente de estado constante para el cable S/R a la temperatura de arranque especificada, en el extremo superior o máximo de la tolerancia de potencia de salida de fabricación. Consulte la línea superior indicada como Máx. en la Figura para ver un ejemplo. 8 Fig. 9a: Curva de disparo para disyuntor típico de América del Norte Máximo de amperios - con carga al 8% Potencia de salida (W/m) Valor para arranque a -2 C Máx. Mín Temperatura de la tubería en C Fig. : Potencia de salida máx./mín. como función de la temperatura de la tubería Fig. 9b: Curva de disparo para disyuntor típico IEC Tipo B Máximo de amperios - con carga al 7% La curva de potencia de salida mínima, la línea inferior indicada como Mín., se usa en los diseños para compensar la pérdida de calor de la tubería. Con la característica de pendiente autorregulable, cuanto menor sea la temperatura de la tubería, mayor será la potencia y la corriente resultante. Es por ello que se muestran los datos del tamaño del disyuntor/interruptor para diversas temperaturas de arranque. Para ser conservadores, se usa la tolerancia o curva de potencia de salida máxima para el valor de corriente máxima en la medición del tamaño del disyuntor/interruptor. Formulario TT22-9 4
5 Este es un ejemplo de medición de un disyuntor/interruptor usando los pasos básicos explicados anteriormente. Dados: Un voltaje operativo de 24 VCA Un disyuntor/interruptor de América del Norte especificado con una calificación de 2 A Una temperatura de arranque de -2 ºC Una traza S/R con protección contra congelamiento con 33 W/m a ºC (un cable tipo -2) Cuál es la longitud máxima de la traza que se puede aplicar al disyuntor/ interruptor de América del Norte especificado en las condiciones anteriores? Paso - Cuando la respuesta de tensión nominal del S/R -2 se aplica a la curva de disparo mínima del disyuntor/interruptor de América del Norte, se determina que el factor de carga o compensación es del 8%. (Ver Fig. 9a) Paso 2 - La corriente admisible especificada para el disyuntor/interruptor de América del Norte es de 2 A. La corriente admisible efectiva para evitar que se dispare con un factor de carga del 8% es 6 A. Paso 3 - Para un arranque a -2 C, la potencia de salida máxima del cable calefactor S/R -2 es 57 W/m. A 24 VCA, la corriente máxima correspondiente es,24 A/m. Ver Fig.. Paso 4 - Al dividir la corriente máxima de,24 A/m entre la corriente admisible efectiva de 2 A y el disyuntor/interruptor de América del Norte de 6 A, la longitud resultante es 67 m. Esa es la longitud máxima del cable S/R -2 que se puede aplicar al disyuntor/interruptor de América del Norte de 2 A para un arranque a -2 C. Resumen La medición de un disyuntor/interruptor con una traza S/R depende de una variedad de factores: () temperatura de arranque, (2) característica de corriente de arranque de la traza, (3) tipo de disyuntor/interruptor y (4) corriente admisible del disyuntor/interruptor. Este ThermoTip ha demostrado cómo medir un disyuntor/interruptor o cómo establecer una longitud de circuito máxima para un determinado disyuntor/interruptor. Aunque este proceso pueda parecer algo complejo, el programa de diseño CompuTrace de Thermon lleva a cabo estos pasos básicos rápida y fácilmente, conforme a los valores ingresados por el usuario para el tipo de disyuntor/interruptor y la calificación de corriente admisible en la pestaña SETTINGS (CONFIGURACIÓN) del programa. Nótese que la corriente máxima de salida en CompuTrace no debería ser usada para medir disyuntores/interruptores. Las tablas de medición del disyuntor/interruptor que se encuentran en las descripciones técnicas de Thermon para trazas autorregulables también se basan en estos pasos básicos. En conclusión, use el programa de diseño CompuTrace de Thermon o las descripciones técnicas de la traza para determinar las longitudes máximas del circuito de trazas. Formulario TT22-9 5
b) Frecuencia nominal. La frecuencia (medida en Hz) del sistema de potencia para el cual el banco del capacitor es diseñado.
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