Baja Tensión proteccion & control de bombas sumergibles Estudio sobre las ventajas de la protección electrónica FANOX frente a la protección con sondas de nivel y otras protecciones.
ÍNDICE 1. PROTECCIÓN DE BOMBAS CON SONDAS DE NIVEL VS PROTECCIÓN ELECTRÓNICA 3 1.1 Problemas de los cuadros con sondas de nivel 3 1.2 Comparativa de costes 4 1.3 Solución de la protección electrónica FANOX 5 2. PINCELADAS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE LOS CUADROS CON RELÉS ELECTRÓNICOS DE FANOX 7 2.1 Detección por cos j (Bombas TRIFÁSICAS) 8 2.2 Detección por subintensidad (Bombas MONOFÁSICAS y TRIFÁSICAS) 9 3. ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE LOS CUADROS CON RELÉS ELECTRÓNICOS DE PROTECCIÓN FANOX Y OTROS CUADROS DEL MERCADO 11 3.1 Conclusiones 11 3.2 Detalle del estudio 12 2
PROTECCIÓN & CONTROL DE BOMBAS SUMERGIBLES 1. PROTECCIÓN DE BOMBAS CON SONDAS DE NIVEL VS PROTECCIÓN ELECTRÓNICA 1.1 Problemas de los cuadros con sondas de nivel Los sistemas de protección con sondas de nivel y relé térmico presentan los siguientes problemas: El sistema de protección con sondas de nivel es poco fiable en lugares con diferentes niveles de mineralización de las aguas ya que provocan un rápido deterioro de las sondas. a deposición de lodos o partículas en los electrodos, la baja conductividad del L agua, etc. producen también fallos de detección. La instalación de las sondas de nivel no siempre se realiza correctamente. En caso de fallo de las sondas, la extracción de las mismas supone un coste extra. Incluso puede suponer la necesidad de extracción de la bomba. esplazarse hasta la instalación en caso de fallo puede ser un inconveniente D dependiendo de la ubicación de la bomba. os cuadros con sondas de nivel no protegen la falta de fase, el desequilibrio, L ni la inversión de la secuencia de fases. Los cuadros con sondas de nivel tienen unos costes de mantenimiento. 3
1.2 Comparativa de costes El coste de la instalación es superior en el caso de los cuadros con sondas de nivel, aumentando, dependiendo de la profundidad del pozo. Además, el cuadro con relé electrónico FANOX únicamente necesita un relé electrónico, el cuadro con sondas en cambio además de las sondas de nivel y el cableado de las mismas, requiere de un relé térmico y el relé de nivel. Como se puede ver en la gráfica, con la solución FANOX se puede ahorrar hasta un 35 % en el coste del sistema de protección de bombas: CUADRO FANOX RELÉ ELECTRÓNICO CUADRO CONVENCIONAL RELÉ TÉRMICO RELÉ DE SONDAS DE NIVEL ADEMÁS DE SONDAS DE NIVEL CABLEADO DE SONDAS COMPARATIVA DE COSTES Cuadro FANOX Cuadro Convencional 50m 75m 100m 125m 150m 175m 200m Profundidad del pozo 4
1.3 Solución de la protección electrónica FANOX VENTAJAS DE LOS CUADROS DE PROTECCIÓN CON RELÉS ELECTRÓNICOS DE: Los cuadros con relés electrónicos de FANOX para la protección de bombas sumergibles suponen la solución integral a estos problemas. A través de los parámetros del motor detectan las situaciones de falta y actúan antes de que la bomba se pueda deteriorar. Máxima protección sin sondas ni relé de nivel: evitan el funcionamiento en vacío sin necesidad de utilizar sondas de nivel. Fácil y rápida instalación, libre de mantenimiento. Se reducen sensiblemente los costes de instalación. Adaptables a instalaciones ya en funcionamiento. Un fallo en las sondas puede suponer el costoso trabajo de sacar la bomba del pozo incluso cuando ésta funcione correctamente. En este caso el problema se soluciona simplemente sustituyendo el cuadro con las sondas por uno con relés electrónicos de FANOX sin necesidad de sacar la bomba. Ofrecen un plus de protecciones adicionales derivadas de la medición de los parámetros eléctricos del motor. Desconectan el motor en caso de fallo y lo reconectan automáticamente al cabo de un tiempo prefijado sin necesidad de tener que desplazarse hasta la instalación. En caso de que la aplicación requiera una solución que controle además del pozo seco, que no haya un desbordamiento del pozo, se puede instalar una primera sonda de superficie en combinación con un cuadro con relé electrónico. 5
FUNCIONES DE PROTECCIÓN: Fanox incorpora en los cuadros los relés electrónicos de protección P, PS-R y PF-R, que ofrecen protección contra Funcionamiento con pozo seco. Falta de fase en marcha, incluso con bomba en vacío. Falta de fase con bomba parada. Giro inverso. Bomba enarenada. Bomba en sobrecarga por caída de la tensión de línea. Bomba en sobrecarga mecánica. Arranque manual inmediato después de un disparo por sobrecarga. CONCLUSIÓN DONDE NO LLEGA LA PROTECCIÓN CON SONDAS LLEGA EL RELÉ ELECTRÓNICO 6
2. PINCELADAS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE LOS CUADROS CON RELÉS ELECTRÓNICOS DE FANOX Los cuadros con relés electrónicos utilizan el propio motor para la detección de pozo seco. Una vez transcurrido un tiempo determinado para que el agua del pozo se recupere el bombeo vuelve a ser accionado. SITUACIÓN DE BOMBA PARADA DEBIDO A POZO VACÍO REARME DE BOMBA TRAS LLENADO DE POZO 7
2.1 Detección por cos j (Bombas TRIFÁSICAS) En la detección de pozo seco por cos j se mide el valor del coseno del ángulo de desfase entre la intensidad consumida por el motor y la tensión de la línea que la produce. El cos j oscilará desde un valor algo inferior a 1 para un motor funcionando a plena carga, hasta casi 0 cuando trabaja en vacío. Consecuentemente, en situaciones de funcionamiento en vacío de la bomba, el valor del cos j se ve reducido sensiblemente. Esta reducción es controlada por el relé electrónico PF-R incorporado en los cuadros trifásicos de protección, de manera que cuando cae por debajo del valor ajustado, el cuadro desconecta la bomba y evita que ésta se vea dañada. 8
Como se puede apreciar en la tabla siguiente, el cos j varía mucho a medida que el motor se acerca al funcionamiento en vacío. Este comportamiento es idóneo para la detección de pozo seco, ya que en estas condiciones el motor funciona en vacío con un cos j de 0,26 frente al 0,5 correspondiente al 25% de carga, que es el recomendado como ajuste umbral en el relé de protección FANOX PF-R el cual actúa cuando dicho cos j está por debajo del valor ajustado (en este caso 0,5) garantizando siempre la perfecta protección de la bomba. GRADO DE CARGA ÁNGULO DE DESFASE COSENO DEL ÁNGULO en vacío 75 º 0,26 25 % de carga 60 º 0,5 50 % de carga 50 º 0,64 Plena carga 32 º 0,85 PF-47-R ODPF 2.2 Detección por subintensidad (Bombas MONOFÁSICAS y TRIFÁSICAS) Una de las situaciones más críticas para el funcionamiento de una bomba se da cuando ésta se encuentra trabajando en vacío. En este caso el parámetro que se mide es la intensidad consumida por el motor. 9
P 44 En situaciones en las que la bomba trabaja en vacío se detecta una disminución de la intensidad consumida por la bomba. Dicha disminución de intensidad es medida por el relé FANOX PS (1F) ó P (3F) incorporado en el cuadro, el cual desactiva la bomba al llegar al nivel de subintensidad ajustado. GRADO DE CARGA INTENSIDAD (X L NOMINAL) en vacío 0,5 25 % de carga 0,63 50 % de carga 0,75 Plena carga 1 Como se aprecia en la tabla (el motor con su condensador de arranque correctamente seleccionado) tiene una intensidad de funcionamiento en vacío (pozo seco) de 0,5 veces la intensidad nominal. Este valor es inferior al valor recomendado de ajuste de 0,7 veces la intensidad nominal, por lo que queda siempre garantizada la perfecta protección de la bomba. Especialmente recomendada cuando la señal de alimentación no es limpia, tiene picos o ruidos, sufre microcortes de fluido habituales, donde se requiera una tirada de cable muy larga, etc. PS 16-R 10
3. ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE LOS CUADROS CON RELÉS ELECTRÓNICOS DE PROTECCIÓN FANOX Y OTROS CUADROS DEL MERCADO 3.1 Conclusiones Tras exhaustivos ensayos de los cuadros de protección de bombas trifásicas existentes en el mercado, hemos llegado a la conclusión de que los cuadros que incluyen relés electrónicos de protección FANOX son imprescindibles. Donde se requiera una correcta protección de bombas en pozos con aguas de escasa mineralización (poca conductividad eléctrica). Donde se requiera una correcta protección de bombas en pozos con aguas de elevada mineralización (elevada conductividad eléctrica). Donde se requiera una protección integral con imagen térmica completa. Dónde la utilización de sondas se desestime por problemas técnicos, complicación en la instalación o encarecimiento de la misma. Donde se priorice la seguridad de funcionamiento y la continuidad del servicio. Donde se haya deteriorado el sistema de protección por sondas y se quiera evitar el costoso trabajo de sacar el motor para proceder a la reparación. 11
3.2 Detalle del estudio Para realizar el estudio comparativo se utilizaron los siguientes 3 tipos de cuadros en los que hemos omitido los nombres de los fabricantes. Cuadros con sondas de nivel. Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase. Cuadros con relé electrónico FANOX. A continuación se detallan algunos casos reales a los que han sido sometidos los cuadros y el comportamiento de los mismos en condiciones determinadas de instalación y en situaciones de falta. DEPENDIENDO DE LAS CONDICIONES EN LAS QUE SE REALIZA LA INSTALACIÓN Aguas con baja conductividad eléctrica procedentes de acuíferos muy limpios y con mineralización muy débil como por ejemplo en sustratos silíceos. SISTEMA DE PROTECCIÓN Cuadros con Sondas de nivel Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase COMPORTAMIENTO Deficiente por la elevada resistencia eléctrica medida en la sonda No le influye la conductividad del agua Cuadros con relé electrónico FANOX No le influye la conductividad del agua 12
Aguas con elevado nivel de barro y/o elevada mineralización cálcica. SISTEMA DE PROTECCIÓN Cuadros con Sondas de nivel Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase COMPORTAMIENTO Deficiente por la formación de incrustaciones que aumentan la resistencia eléctrica de la sonda provocando paradas intempestivas No le influye la conductividad del agua Cuadros con relé electrónico FANOX No le influye la conductividad del agua DEPENDIENDO DEL COMPORTAMIENTO DEL RELÉ EN SITUACIONES DE FALTA: Estando la bomba trabajando al 80% de su capacidad nominal se produce una falta de fase, elevándose la corriente de las 2 fases activas en un 20%. SISTEMA DE PROTECCIÓN Cuadros con Sondas de nivel Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase Cuadros con relé electrónico FANOX COMPORTAMIENTO Deficiente. Permite seguir trabajando a la bomba y esta se deteriora Bueno, desconecta la bomba en cualquier caso I< en la falta y por I> en las otras fases Bueno, desconecta la bomba en 3 segundos por falta en cualquier fase En caso de producirse 1 falta de fase durante el arranque de una bomba en un pozo vacío (I=0,8 I nominal en las dos fases activas). SISTEMA DE PROTECCIÓN Cuadros con Sondas de nivel Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase Cuadros con relé electrónico FANOX COMPORTAMIENTO Bueno, la sonda inferior detecta pozo vacío y para la bomba Malo, en el caso de que el fallo de fase se produzca en las dos fases que no controla el relé no desconecta la bomba porque el relé solo dispara por debajo de 0,7 In y se quema el motor Bueno, desconecta la bomba en 3 segundos por falta en cualquier fase parando la bomba 13
Bomba bloqueada (enarenada) después de funcionar a plena carga. SISTEMA DE PROTECCIÓN Cuadros con Sondas de nivel Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase Cuadros con relé electrónico FANOX COMPORTAMIENTO Deficiente, la imagen térmica proporciona tiempos de respuesta demasiado largos y la bomba se deteriora Malo, la mayoría de relés de este tipo carecen de imagen térmica y no distinguen entre motor frío y caliente disparando en tiempo demasiado largo deteriorándose la bomba. Son relés de sobreintensidad con tiempo definido. Disparan con el mismo tiempo a partir de un umbral I> cualquiera que sea el grado de sobrecarga. INADECUADOS para una correcta protección contra sobrecarga Bueno debido a la correcta imagen térmica distingue entre el motor caliente y el frío disparando mucho antes en el primer caso Bomba desconectada tras haberse producido una sobrecarga, y arrancada de manera manual en un tiempo inferior al tiempo de rearme requerido por la bomba. SISTEMA DE PROTECCIÓN Cuadros con Sondas de nivel Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase Cuadros con relé electrónico FANOX COMPORTAMIENTO Malo debido a la falta de imagen térmica que permite el mismo tiempo de disparo en caliente y en frío Malo debido a la falta de imagen térmica que permite el mismo tiempo de disparo en caliente y en frío Bueno. Si el tiempo de espera es muy corto el relé no permite el rearme, y si rearma, gracias a la imagen térmica el relé tiene en cuenta que la bomba ha sufrido una sobrecarga y acorta los tiempos de disparo si se presenta una nueva sobrecarga Con la bomba funcionando a plena carga se produce una caída de tensión de línea, problema muy habitual en este tipo de instalaciones, que provoca un aumento proporcional de la corriente consumida por la misma. SISTEMA DE PROTECCIÓN Cuadros con Sondas de nivel Cuadros con relé electrónico con lectura de intensidad en 1 fase Cuadros con relé electrónico FANOX COMPORTAMIENTO Deficiente, el térmico dispara a partir de 1,2 veces la intensidad nominal Malo. Debido a la falta de curvas de disparo, el relé para intempestivamente en un tiempo fijo de varios segundos a partir de la intensidad nominal Bueno. Dispara a partir de 1,1 veces la intensidad nominal en tiempos largos correspondientes al escaso grado de sobrecarga 14
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