Un variador de frecuencia se protege a sí mismo y se dispara cuando la tensión de su bus de continua sale de rango o cuando detecta una anomalía en la alimentación. Las causas de red más comunes son los huecos de tensión (falla por baja tensión), los transitorios por la maniobra de bancos de condensadores y una tensión de alimentación alta (falla por sobretensión), y el desbalance o la pérdida de una fase. Otras fallas, como la sobretensión al frenar una carga, vienen del proceso y no de la red. El registro de fallas del variador, con la hora exacta, más una medición de la red, permite separar unas de otras.
Por qué un variador se dispara tan fácilmente
Un variador de frecuencia rectifica la tensión de la red, la almacena en un bus de corriente continua con condensadores y la convierte de nuevo en alterna, con la frecuencia y la tensión que necesita el motor. Sus semiconductores toleran poco: por eso el variador vigila sin parar la tensión del bus, la corriente de salida y la alimentación, y se detiene en milisegundos ante cualquier condición fuera de rango.
Esa protección es correcta, pero hace que el variador sea a menudo el primer equipo en caer cuando hay un problema de calidad de energía. Y cuando un variador para, para la línea. Vea la estructura del equipo en variador Siemens SINAMICS o en la de los variadores WEG CFW, y su efecto sobre la red en armónicos de variadores de frecuencia.
Causas de red y causas de proceso
| Falla que muestra el variador | Causa en la red | Causa en el proceso o la instalación |
|---|---|---|
| Baja tensión en el bus | Hueco de tensión por fallas en la red o arranques grandes; interrupción breve | Fuente de control débil, conexiones flojas en la alimentación |
| Sobretensión en el bus | Transitorio por maniobra de bancos de condensadores; tensión de red alta en horas de baja carga | Frenado rápido o carga que arrastra el motor sin resistencia de frenado |
| Pérdida de fase de entrada | Fusible fundido, una fase abierta aguas arriba, desbalance fuerte | Conexión floja en el propio variador |
| Sobrecorriente | Rara vez es de la red | Motor bloqueado, rampa muy corta, falla en el cable o el motor |
| Falla a tierra | No es de la red | Aislamiento del motor o del cable de salida |
| Sobretemperatura | Armónicos y tensión alta aumentan pérdidas | Ventilación, filtros sucios, ambiente caliente |
Huecos de tensión
Es la causa de red más frecuente. Un cortocircuito en otro circuito de la misma subestación hace caer la tensión durante décimas de segundo; el bus del variador cae con ella y la protección de baja tensión lo detiene. La planta no tuvo falla, pero la línea se paró. Lo explicamos en huecos de tensión en la industria.
Maniobra de condensadores
Cuando se conecta un banco de condensadores, propio o de la red del operador, aparece un transitorio oscilatorio de sobretensión. Atraviesa el rectificador del variador y carga su bus por encima del umbral de sobretensión. El síntoma típico es una falla por sobretensión que se repite a horas parecidas, cuando el banco conmuta, o al cambiar de turno. Un banco automático que conecta pasos con frecuencia multiplica el problema. Vea banco de condensadores automático o fijo.
Tensión alta sostenida
En horas de baja carga, sobre todo con compensación sobredimensionada, la tensión de la barra sube. El bus del variador trabaja más cerca de su límite y cualquier transitorio lo dispara. Vea energía reactiva capacitiva.
Desbalance y pérdida de fase
Con una fase baja, el rectificador toma la corriente de forma desigual, el rizado del bus aumenta y algunos variadores lo interpretan como pérdida de fase. Un fusible fundido aguas arriba produce el mismo efecto con más fuerza. Vea desbalance de tensión.
Cómo se diagnostica
- ¿El registro muestra baja tensión en el bus?
- SíBuscar huecos de tensión a esa hora en el analizador o en el relé de la acometida
- No¿Muestra sobretensión en el bus?
- Sí¿Coincide con frenados o con la carga arrastrando el motor?
- SíCausa del proceso; frenado y rampas
- NoRevisar maniobras de condensadores y tensión de la barra
- No¿Pérdida de fase o desbalance?
- SíMedir tensiones por fase y revisar fusibles y conexiones aguas arriba
- NoRevisar motor, cable y condiciones de operación
La herramienta clave es la coincidencia en el tiempo. El registro de fallas del variador trae la hora de cada disparo; un analizador de calidad de potencia instalado en la alimentación, con los relojes sincronizados, registra huecos, transitorios y desbalances. Si las horas coinciden, la causa es de red. El relé de la acometida, si es digital, también registra huecos de tensión en su oscilografía.
Soluciones habituales
- Reactancia de línea o en el bus de continua: atenúa los transitorios de maniobra que llegan al bus y reduce los armónicos.
- Revisar los bancos de condensadores: desintonía, conmutación más suave, menos maniobras.
- Funciones de soporte de huecos y rearranque del variador, habilitadas según lo que permita el proceso y la seguridad de la máquina.
- Respaldo de la electrónica de control, para que un hueco no reinicie el PLC que comanda los variadores.
- Corregir la tensión de servicio si está alta de forma sostenida.
Lo que no conviene es subir los umbrales de protección del variador sin entender la causa: el variador se protege porque sus semiconductores lo necesitan.
Qué información reunir antes de buscar la causa
- El registro de fallas del variador con fecha, hora y código de cada disparo, y el estado de la máquina en ese momento.
- La hora de las maniobras de bancos de condensadores, propios y, si el operador la entrega, de su red.
- Los eventos del relé de la acometida, que suelen registrar los huecos con su profundidad y duración.
- Si otros variadores o equipos de la misma barra se detuvieron a la misma hora. Cuando caen varios a la vez, la causa casi nunca está en un variador.
Cómo le ayudamos
Si sus variadores se disparan y no está claro por qué, nuestro equipo analiza sus registros de fallas junto con la medición de la red y los eventos de la protección de la acometida, y le dice qué está pasando y qué corregir. Le cotizamos el análisis del disparo; si la causa es de calidad de energía, hacemos el estudio y la solución con nuestro servicio de calidad de potencia. Escríbanos con el registro de fallas del variador.
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Referencias
- IEEE 1159, Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality.
- IEEE 1036, Guide for the Application of Shunt Power Capacitors (transitorios de maniobra).
- IEC 61800-3, Adjustable speed electrical power drive systems – EMC requirements.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se dispara el variador por sobretensión si la tensión de la red es normal?
Porque la sobretensión que detecta es la del bus de continua, no la de la red en promedio. La causan los transitorios al conectar bancos de condensadores, propios o del operador de red, y también la energía que devuelve el motor cuando la carga lo arrastra o se frena rápido. Si el disparo coincide con maniobras de condensadores, el origen es la red; si coincide con frenados, es el proceso.
¿Por qué se dispara el variador por baja tensión?
Porque un hueco de tensión en la red hace caer el bus de continua por debajo de su umbral. Los huecos los causan cortocircuitos en la red, a veces en circuitos vecinos, y el arranque de motores grandes. Muchos variadores tienen funciones para soportar huecos breves o rearrancar, que se habilitan según lo que permita el proceso.
¿Cómo sé si la falla del variador viene de la red o del motor?
Comparando la hora de cada falla en el registro del variador con un analizador de red instalado en la alimentación. Las fallas de red coinciden con huecos, transitorios o desbalances registrados; las del motor o el cable, como la falla a tierra o la sobrecorriente, coinciden con el estado de la máquina y del proceso.