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CARACTERIZACIÓN DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES “CCM” PARA

ARRANQUE CON RÉLE INTELIGENTE UMC (UNIVERSAL MOTOR CONTROLER)

CONSIDERANDO NIVELES DE SEGURIDAD SIL PARA EL SECTOR OIL AND GAS.

LUCAS HINCAPIÉ CRUZ

EDWIN IVAN GARAVITO PARRA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA ELÉCTRICA

BOGOTÁ D.C

2019

CARACTERIZACIÓN DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES “CCM” PARA

ARRANQUE CON RÉLE INTELIGENTE UMC (UNIVERSAL MOTOR CONTROLER)

CONSIDERANDO NIVELES DE SEGURIDAD SIL PARA EL SECTOR OIL AND GAS.

Trabajo de grado para optar el título de

Ingeniero Eléctrico

LUCAS HINCAPIÉ CRUZ

EDWIN IVAN GARAVITO PARRA

DIRECTOR

ING. Diego Armando Giral

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA ELÉCTRICA

BOGOTÁ D.C

2019

Nota de aceptación:

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_________________________

DIEGO GIRAL

_________________________

FIRMA DE JURADO 1

AGRADECIMIENTOS

Hoy quiero agradecer principalmente a mi familia por ser el apoyo fundamental en mi

proceso académico y lograr una meta más en este camino largo que es la vida. A la energía

creadora del universo por permitirnos establecer en todo momento una relación con el

cosmos mismo.

A todas aquellas personas que hicieron posible de forma directa o indirecta, en el desarrollo

mismo del proyecto con sus aportes e ideas que fueron acogidas; el apoyo y ayuda

incondicional de los presentes en este proceso.

Lucas Hincapié Cruz.

AGRADECIMIENTOS

Dedico la presente tesis principalmente a Dios y a mi familia que son las personas que más

quiero y quienes me brindan todos los días una razón para levantarme con todas las ganas

posibles para hacer las cosas de la mejor manera, todos ustedes son la razón de mi

inspiración, espero no decepcionarlos nunca y por el contrario llenarlos de alegraría todos

los días que compartimos.

“A nuestras familias por su apoyo comprensión y colaboración, durante el largo proceso de

aprendizaje en el desarrollo del proyecto.

A Dios. Por darnos la confianza y seguridad para sacar adelante tan importante proyecto y

sobreponernos a las dificultades que se presentaron en el desarrollo.

Al director del proyecto. Ingeniero Diego Giral, por su colaboración y recomendaciones

oportunas.

A los docentes de la facultad quienes, durante el ciclo académico, nos brindaron algunas

herramientas y conocimientos que fueron aplicadas en el desarrollo del proyecto.”

Edwin Iván Garavito Parra

CONTENIDO 1 MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 10

1.1 CENTRO DE CONTROL DE MOTORES ............................................................ 10

1.1.1 Tipos de construcción ................................................................................... 10

1.2 ARRANQUE MOTOR ........................................................................................... 15

1.2.1 Variador de velocidad ................................................................................... 15

1.2.2 Arrancador suave .......................................................................................... 15

1.2.3 Arranque directo ............................................................................................ 15

1.3 RELÉ INTELIGENTE ........................................................................................... 16

1.3.1 Relé UMC 100.3 ABB ................................................................................... 18

1.4 NIVELES DE SEGURIDAD SIL ........................................................................... 21

2 CARACTERIZACIÓN TÉCNICA DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES QUE

IMPLEMENTE ARRANQUE CON RELÉ INTELIGENTE UMC .......................................... 25

2.1 INFORMACIÓN TÉCNICA SOBRE CENTROS DE CONTROL DE MOTORES . 26

2.1.1 Estructura metal mecánica (Envolvente) ...................................................... 26

2.1.2 Normatividad relevante ................................................................................. 27

2.1.3 Clasificación .................................................................................................. 29

2.1.4 Según tipo de construcción ........................................................................... 31

2.1.5 Según tipo de ejecución ................................................................................ 33

2.1.6 Según clase de Cableado ............................................................................. 36

2.1.7 Formas de segregación ................................................................................ 37

2.1.8 Fuente: Elaboración propia. .......................................................................... 39

2.1.9 Grados de protección IP ............................................................................... 39

2.1.10 Tipos de protección de la estructura ............................................................. 41

2.1.11 Características metalmecánicas de los centros de control de motores ........ 42

2.2 INFORMACIÓN TÉCNICA DE UN ARRANQUE MOTOR ESPECIFICO POR

MEDIO DE RELÉ INTELIGENTE UMC POR MEDIO DE UNA TABLA QUE RECOPILE

LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE ESTOS ................................................... 43

2.2.1 Componentes eléctricos ................................................................................ 44

2.2.2 Protecciones inteligentes para el motor ........................................................ 52

2.2.3 Ajustes comunicación inteligente (redes y bus de campo) ........................... 69

2.2.4 Usos del relé ................................................................................................. 72

2.2.5 Funcionalidades, Aplicaciones y beneficios .................................................. 73

2.2.6 Características técnicas y aplicativas de relé UMC 100.3 ............................ 73

2.3 LISTA DE CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES DE UN CENTRO

DE CONTROL DE MOTORES CON IMPLEMENTACIÓN DE ARRANQUES MOTOR

POR MEDIO DE RELÉS INTELIGENTES UMC ............................................................. 74

3 REALIZAR UN CUADRO COMPARATIVO ENTRE UN ARRANQUE DE MOTOR

CONVENCIONAL Y UN ARRANQUE MOTOR INTELIGENTE POR MEDIO DE UN RELÉ

UMC APLICADO EN EL SECTOR OIL AND GAS. ............................................................ 76

3.1 INFORMACIÓN DETALLADA SOBRE UN ARRANQUE DIRECTO TÍPICO

CONVENCIONAL QUE SE IMPLEMENTE EN UN CCM. .............................................. 77

3.1.1 Sistema de arranque directo convencional que se implemente en un CCM.77

3.2 INFORMACIÓN DETALLADA SOBRE UN ARRANQUE INTELIGENTE QUE SE

IMPLEMENTE EN UN CCM. .......................................................................................... 85

3.2.1 Sistema de arranque directo inteligentes que implemente relé UMC 100.3 en

un CCM. 85

3.3 IDENTIFICACIÓN DE LAS DIFERENCIAS TÉCNICAS ENTRE UN ARRANQUE

CONVENCIONAL MARCA ABB Y UN ARRANQUE CON RELÉ INTELIGENTE UMC

PARA EL SECTOR OIL AND GAS ................................................................................. 89

4 ANÁLISIS DE COSTOS DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES QUE

IMPLEMENTE EL RELÉ INTELIGENTE UMC PARA EL SECTOR OIL AND GAS ........... 93

4.1 IDENTIFICACIÓN DE ASPECTOS GENERALES PROPUESTOS PARA EL CCM

CARACTERIZADO CORRESPONDIENTE AL SECTOR OIL AND GAS ....................... 93

4.1.1 Compartimento de barras principales ........................................................... 94

4.1.2 Compartimento de pasillo de cables ............................................................. 94

4.1.3 Cubículos funcionales ................................................................................... 95

4.1.4 Seccionador .................................................................................................. 97

4.1.5 Equipos de control. ....................................................................................... 97

4.1.6 Enclavamientos ............................................................................................. 98

4.1.7 Cableado ....................................................................................................... 98

4.1.8 Pintura ........................................................................................................... 98

4.1.9 Calefacción ................................................................................................... 99

4.1.10 Ficha técnica propuesta de características constructivas generales del CCM.

99

4.2 ................................................................................................................................. 100

4.3 DETERMINAR EL COSTO DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES CON

LAS CARACTERÍSTICAS ESTABLECIDAS. ............................................................... 100

5 APLICACIÓN DE 61508 SAFETY INTEGRITY LEVEL (SIL), PARA DETERMINAR EL

NIVEL SIL DEL CCM CARACTERIZADO. ....................................................................... 102

5.1 IEC 61508 .......................................................................................................... 102

5.2 SEGURIDAD FUNCIONAL E IEC61508 ............................................................ 102

5.2.1 Definición Seguridad ................................................................................... 102

5.2.2 Funciones de seguridad y sistemas relacionados con la seguridad ........... 103

5.2.3 Ejemplo de seguridad funcional .................................................................. 103

5.2.4 Desafíos en la consecución de la seguridad funcional ............................... 104

5.3 IEC 61508 - Seguridad funcional de los sistemas relacionados con la seguridad E

/ E / PE .......................................................................................................................... 105

5.3.1 Objetivos ..................................................................................................... 105

5.3.2 Sistemas de seguridad E / E / PE ............................................................... 105

5.3.3 Enfoque técnico .......................................................................................... 106

5.3.4 Niveles de integridad de seguridad ............................................................. 107

5.3.5 Requerimientos técnicos ............................................................................. 107

5.3.6 Abreviaturas ................................................................................................ 108

5.4 DESCRIPCIÓN GENERAL SOBRE LA APLICACIÓN DE MEDIDAS Y TÉCNICAS

DE LA NORMA IEC 61508-2 E IEC61508-3 ................................................................. 110

5.4.1 Visión general de las técnicas y medidas para los sistemas relacionados con

E / E / PE: Control de fallos de hardware aleatorias. ................................................ 110

5.4.2 Visión general de las técnicas y medidas para los sistemas relacionados con

la seguridad E / E / PE: evitar de fallas sistemáticas ................................................ 112

5.4.3 Visión general de las técnicas y medidas para lograr la integridad de seguridad

del software. .............................................................................................................. 115

5.5 IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LOS RIESGOS PARA DEFINIR EL

SAFETY INTEGRITY LEVEL (SIL). .............................................................................. 117

5.5.1 Función instrumentada de seguridad .......................................................... 118

5.5.2 Análisis HAZOP .......................................................................................... 119

5.5.3 Estimación nivel SIL, Seguridad del personal. ............................................ 120

5.6 PARÁMETROS PARA LA CLASIFICACIÓN SAFETY INTEGRITY LEVEL (SIL)

PARA EL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES ESTABLECIDO PARA EL

PROYECTO. ................................................................................................................. 122

5.6.1 Tipos de errores .......................................................................................... 123

5.6.2 HFT, SFF, PFD, l, MTBF ........................................................................... 123

5.6.3 SIF / SFF ..................................................................................................... 125

5.6.4 SFF Análisis / PFD ...................................................................................... 126

6 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 129

7 GLOSARIO ................................................................................................................ 129

8 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 140

9 ANEXOS .................................................................................................................... 143

9.1 ANEXO A ........................................................................................................... 143

9.2 ANEXO B ........................................................................................................... 152

TABLA DE FIGURAS Figura 1. Formas constructivas. ......................................................................................... 12 Figura 2. Centro de control de motores. ABB. .................................................................... 13 Figura 3. Disposición del cuadro. ....................................................................................... 13 Figura 4. Ejecución mecánica. ............................................................................................ 14 Figura 5. Sistemas de barras. ............................................................................................. 14 Figura 6. Diferencias entre arranques. ............................................................................... 15 Figura 7. Arranque directo en Y. ......................................................................................... 15 Figura 8. Zelio Logic. .......................................................................................................... 16 Figura 9. Relés ABB. .......................................................................................................... 17 Figura 10. Relés de vigilancia. ........................................................................................... 17 Figura 11. Modulo Relé UMC 100.3. .................................................................................. 18 Figura 12. Interfaces de comunicación del Relé UMC 100.3. ............................................ 19 Figura 13. Módulos de tensión para Relé UMC 100.3. ...................................................... 19 Figura 14. Módulos digitales de expansión para relé UMC 100.3. ..................................... 20 Figura 15. Módulo de temperatura para Relé UMC 100.3. ................................................. 20 Figura 16. Panel de control Relé UMC 100.3. .................................................................... 21 Figura 17. Línea del tiempo. ............................................................................................... 21 Figura 18. Matriz SIL. ......................................................................................................... 25 Figura 19. Partes principales de un CCM. .......................................................................... 27 Figura 20. a. Frontal con puertas. b. Frontal sin puertas. ........................................ 30 Figura 21. a. Vista lateral. b. Vista posterior. ............................. 30 Figura 22. CCM con acceso de frente. ............................................................................... 31 Figura 23. CCM con compartimientos independientes. ..................................................... 32 Figura 24. Instalación back to back de CCM’s. ................................................................. 33 Figura 25. Vista frontal de CCM con gavetas extraíbles. ................................................... 33 Figura 26. Vista gaveta extraída CCM. ............................................................................... 34 Figura 27. Vista frontal de CCM tipo Pulg-in. ..................................................................... 34 Figura 28. Sistema con versatilidad Plug-in. ...................................................................... 35 Figura 29. Vista frontal de CCM tipo fijo. ............................................................................ 36 Figura 30. Sistema de cableado clase 2. ............................................................................ 37 Figura 31. Conjunto de unidades funcionales CCM. .......................................................... 37 Figura 32. Índice de protección IP. ..................................................................................... 40 Figura 33. Protección pasiva y evacuación de gases en CCM. ......................................... 41 Figura 34. Curva característica de tiempo de intervención relé de protección o unidad de

disparo interruptor limitador. ............................................................................................... 42 Figura 35. Diagrama físico Relé UMC 100.3. ..................................................................... 43 Figura 36. Diagrama eléctrico básico de instalación. ......................................................... 44 Figura 37. Bloques de función del UMC100.3. ................................................................... 44 Figura 38. Relé UMC 100.3. ............................................................................................... 46 Figura 39. Diagrama DX111 & DX122. ............................................................................... 46 Figura 40. Diagrama VI150 & VI155. .................................................................................. 48 Figura 41. Diagrama AI111. ................................................................................................ 50 Figura 42. Diagrama Panel LCD. ........................................................................................ 51 Figura 43. Soluciones integradas relé. ............................................................................... 52 Figura 44. Clases de disparo relé. ...................................................................................... 56 Figura 45. Curva de sobre carga y tiempo de refrigeración motor. .................................... 56 Figura 46. Diagrama de bloques de flujo señales de sobrecarga. ..................................... 57

Figura 47. Ajuste de nivel de corriente y tiempo de retardo. .............................................. 58 Figura 48. Niveles de corriente umbrales de disparo y tiempos de retardo. ...................... 59 Figura 49. Modo de conexión relé protección falla a tierra. ................................................ 61 Figura 50. Diagrama protección falla a tierra. ..................................................................... 62 Figura 51. Modo de protección de falla a tierra por conexión interna. ................................ 62 Figura 52. Protección de arranque de carga y supervisión de potencia. ............................ 67 Figura 53. Sistema de control con protecciones adicionales relé. ...................................... 68 Figura 54. Interfaz de comunicación directa de módulo UMC 100.3. ................................. 69 Figura 55. Interconexión de los diferentes buses de campo separadas. ........................... 70 Figura 56. Solución de gaveta con arranque inteligente. ................................................... 70 Figura 57. Gavetas con arranque inteligente y conexión de bus agrupada. ..................... 71 Figura 58. Diagrama de potencia típico para arranque directo. ......................................... 77 Figura 59. Curvas características de arranque motor típico. .............................................. 79 Figura 60. Curvas características comportamiento motor ante arranque directo. ............. 80 Figura 61. Diagrama de potencia y control arranque directo. ............................................ 81 Figura 62. Guarda motor ABB. .......................................................................................... 81 Figura 63. Relé de sobre carga. ......................................................................................... 82 Figura 64. Interruptor termo magnético. ............................................................................. 83 Figura 65. Contactor eléctrico. ........................................................................................... 83 Figura 66. Pulsador eléctrico. ............................................................................................ 84 Figura 67. Selector Eléctrico. ............................................................................................. 84 Figura 68. Interfaz arranque/Parada arranque motor inteligente. ...................................... 86 Figura 69. Instalación tipo separado para gavetas extraíbles. .......................................... 88 Figura 70. Pasillo de barras CCM (vista lateral). ............................................................... 94 Figura 71. Vista superior pasillo lateral de control derecho CMM (Vista lateral). .............. 95 Figura 72. Cubículos de CCM propuesto en modalidad de gavetas extraíbles. ................ 96 Figura 73. Vistas seccionador y gavetas extraíbles CCM propuesto. ................................ 97 Figura 74. Requerimientos técnicos. ................................................................................ 107 Figura 75. Diagrama proceso. .......................................................................................... 118 Figura 76. Función instrumentada de seguridad. ............................................................. 120 Figura 77. Riesgo por lesiones a personas de acuerdo con IEC 61508 / IEC 61511. ..... 121 Figura 78. Función instrumentada de seguridad. ............................................................. 122 Figura 79. Diagrama de flujo verificación de diseño. ........................................................ 127

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. FACTORES CALCULO SIL. .............................................................................. 24 TABLA 2. CRITERIOS DE COMPARTIMENTACIÓN CCM. [6] ......................................... 38 TABLA 3. ÍNDICES DE PROTECCIÓN IP. ........................................................................ 39 TABLA 4. HARDWARE DX111. ......................................................................................... 47 TABLA 5. HARDWARE DX122. ......................................................................................... 47 TABLA 6. HARDWARE VI150. [20] .................................................................................... 48 TABLA 7. HARDWARE VI155. ........................................................................................... 49 TABLA 8. HARDWARE AI111. ........................................................................................... 50 TABLA 9. CARACTERÍSTICA PANEL LCD. ...................................................................... 51 TABLA 10. FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE CORRIENTE. ........................................ 53 TABLA 11. RESUMEN DE FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE CORRIENTE RELÉ. ..... 54 TABLA 12. RESUMEN DE FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE TENSIÓN RELÉ. .......... 64 Tabla 13. Resumen de funciones de protección de tensión relé. [19] ................................ 65 TABLA 13. CARACTERÍSTICAS DE COMUNICACIÓN LÓGICAS Y POR

PROGRAMACIÓN. ............................................................................................................. 72 TABLA 14. DIFERENCIAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES ENTRE UN ARRANQUE

CONVENCIONAL MARCA ABB Y UN ARRANQUE CON RELÉ INTELIGENTE UMC. .... 89 TABLA 15. NÚMERO MÁXIMO DE GAVETAS DEL MISMO TAMAÑO EN UNA COLUMNA

............................................................................................................................................ 96 TABLA 16. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS. ...................................................... 99 TABLA 17. PRESUPUESTO CCM. ................................................................................. 101 TABLA 18. ABREVIATURAS UTILIZADAS EN LA IEC 61508. ....................................... 108 TABLA 19. VISIÓN GENERAL DE LAS TÉCNICAS Y MEDIDAS PARA LOS SISTEMAS

RELACIONADOS CON E / E / PE: CONTROL DE FALLOS DE HARDWARE ALEATORIAS.

.......................................................................................................................................... 111 TABLA 20. VISIÓN GENERAL DE LAS TÉCNICAS Y MEDIDAS PARA LOS SISTEMAS

RELACIONADOS CON LA SEGURIDAD E / E / PE: EVITAR FALLAS SISTEMÁTICAS.

.......................................................................................................................................... 112 TABLA 21. VISIÓN GENERAL DE LAS TÉCNICAS Y MEDIDAS PARA LOGRAR LA

INTEGRIDAD DE SEGURIDAD DEL SOFTWARE. ......................................................... 115 TABLA 22. FALLOS DE LA ACCIÓN PRINCIPAL. .......................................................... 118 TABLA 23. ACCIONES QUE TOMAR. ............................................................................. 119 TABLA 24. RELACIÓN SIL CON FRR. ............................................................................ 122 TABLA 25. TOLERANCIA A FALLOS DE HARDWARE MÍNIMOS SEGÚN SIL. ........... 123 TABLA 26. RESULTADOS CALCULO SFF PARA UMC 100.3. ...................................... 124 TABLA 27. TASA DE FALLAS UMC 100.3 SEGÚN IEC 61508. ...................................... 124 TABLA 28. INTEGRIDAD DE SEGURIDAD DE HARDWARE. ........................................ 125 TABLA 29. CALIFICACIÓN DEL SFF DE LOS COMPONENTES INDIVIDUALES. ........ 125 TABLA 31. DETERMINACIÓN DE PFD SEGÚN SIL. ...................................................... 126 TABLA 32. TABLA CARACTERÍSTICAS METALMECÁNICAS DE UN CENTRO DE

CONTROL DE MOTORES. .............................................................................................. 143 TABLA 33. TABLA CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y APLICATIVAS DE RELÉ UMC

100.3. ................................................................................................................................ 152

1

RESUMEN

En pleno siglo XXI se invita mucho a las personas a reflexionar sobre los cuidados y la

seguridad que deben tener a la hora de desempañar algún tipo de trabajo, todos los

accidentes suceden porque existen unas causas que los generan y estas causas se

clasifican en acciones o actos de las personas que originan el accidente y condiciones de

riesgo cuando el elemento que crea algún tipo de peligro se encuentra siempre latente [1].

En el caso puntual del campo eléctrico la estrategia para disminuir los accidentes generados

a personas que trabajan en instalaciones eléctricas es asignando a personal calificado y

[capacitado en el montaje y operación de las instalaciones, equipos y familiarizado con los

posibles riesgos eléctricos que puedan presentarse. Para el caso de seguridad en tableros

eléctricos son equipos que concentran dispositivos de protección y de maniobra o comando,

desde los cuales se puede proteger y operar toda una instalación o parte de ella, dada la

presencia de energía eléctrica es necesario que cualquier trabajo relacionado con esto

respete algunas medidas obligatorias de seguridad [2].

El caso puntual del alcance de la primera parte del proyecto se enfoca en establecer

parámetros, características técnicas y funcionales adecuados de construcción, instalación,

seguridad y filosofía estableciendo así una fabricación normalizada, con un diseño que

cumple las exigencias de la norma IEC 61439-1/2, para baja tensión es una especificación

ideal en sistemas donde se requiere un alto nivel de confiabilidad y seguridad tanto para los

equipos como de personas. El nivel de integridad seguro, en inglés Safety Integrity Level

(SIL) será el estándar por medio de la cual se realizará el modelamiento del centro de

control de motores propuesto, especificando los requisitos de integridad de las funciones

de seguridad que se asignará en el sistema eléctrico contemplado.

Para el caso particular de un centro de control de motores que se desarrollará será enfocado

a la utilización de enlace entre equipos de generación y los consumidores finales tales como

motores, equipos de climatización, alimentación, sistemas de generación, etc. La segunda

parte del alcance del proyecto estará muy ligada al desarrollo anterior con el valor agregado

que esta se enfocara en puntualmente a determinar los costos de todos los equipos que

componen este centro de control de motores establecido y su costo global dado para la

solución planteada, esta solución es un centro de control de motores básico para arranques

inteligentes por medio de relé UMC 100.3 desglosando todas los parámetros que esto

conlleva como lo son Metalmecánica, Barraje, equipos de potencia, equipos de control,

servicios auxiliares, entre otros. Detallando así la composición funcional y nivel de

seguridad SIL-3 lograda para esta solución que en la mayoría de los casos es implementada

para sectores petroleros.

Durante el desarrollo de este documento se evidencia la caracterización de un centro de

control de motores de BT que implementa un relé inteligente para arranque motor; la

caracterización se puede dar de varias formas como, desde el nivel de tensión manejado,

las funciones de protección, formas constructivas, arquitectura de hardware, niveles de

seguridad, propuesta económica, control y diagnóstico. De esta forma están cubiertos todos

los puntos de vista en los cuales se podría caracterizar un centro de control de motores.

2

INTRODUCCIÓN

En nuestra actualidad los procesos industriales buscan ser cada día más rápidos y

confiables, necesitan nuevas ideas que generen proyectos que tengan en cuenta al medio

ambiente y a las personas que realizan las labores dentro de los procesos industriales, etc.

Una forma de contribuir con esta inminente necesidad de globalización y avance

tecnológico es formar profesionales capacitados, que contribuyan con ideas innovadoras y

sencillas aprovechando al máximo los recursos que están a su alcance.

A través del tiempo se han adicionado sistemas electrónicos a casi todo lo que conocemos

y es de esperarse que un centro de control de motores también contenga esta parte

electrónica en estos días. El cambio se dio en la implementación de relés electrónicos

reemplazando los relés mecánicos o electromecánicos que se encontraban hasta hace

unos años en la industria, o que hoy en día aún se vean. Este cambio ayudo a transformar

la supervisión de las variables eléctricas y mecánicas por medio de un control remoto, esto

gracias a las interfaces de comunicación existentes en los componentes electrónicos. Dicho

esto, los CCM´s han evolucionado al punto de controlar, supervisar y comunicar los

parámetros establecidos en su lógica, además de tener diferentes formas constructivas

según sea la aplicación deseada. [3]

Un relé inteligente tiene la capacidad de monitorear, controlar y proteger un proceso

productivo. Su uso cada vez más se ha masificado al evolucionar las redes, permitiendo

avanzar más en las tecnologías. Los principales diseñadores y constructores de este tipo

de elementos son la marca ABB, Siemens, Schneider y general electric. Las aplicaciones

son muchas como la protección de líneas de trasmisión, centros de control de motores y

otros procesos productivos que necesiten de esta tecnología.

Para el desarrollo de la pregunta problema, se clasifican la información de las principales

características sobre centros de control de motores, recopilación de características técnicas

del arranque motor con relé inteligente UMC 100.3; como resultado se genera un listado de

características técnicas y funcionales para un centro de control de motores que implementa

un arranque inteligente. Con las características técnicas y funcionales determinadas, se

desliga la obtención de la información de técnicas de equipos para establecer una

propuesta económica.

En la fase final se evaluará el desarrollo de la norma IEC61508, para determinar el SIL del

conjunto eléctrico como solución de arranque inteligente implementado en un centro de

control de motores.

Este documento está dividido en cinco partes, las cuales componen el desarrollo de la

problemática establecida. En rasgos muy generales se enumeran seguidamente:

1. Marco teórico.

2. Caracterización técnica de un centro de control de motores.

3. Cuadro comparativo.

4. Propuesta económica.

5. Implementación de la IEC 61508.

3

DEFINICIÓN PROBLEMA

Actualmente la eficiencia energética, la seguridad, la fiabilidad, la comodidad y la

funcionalidad son requerimientos que apunta a mejorar la operación de los sistemas

eléctricos de potencia, para mejorar los indicadores es necesario implementar dispositivos

o equipos que estén a la vanguardia de la tecnología. Actualmente, los sistemas están

migrando a tecnología inteligentes, que permite minimizar el consumo, los costos y los

riesgos operativos.

Los procesos industriales que relacionan con motores que requieren implementar

dispositivos que permitan aumentar la producción, mejorar la capacidad de diagnóstico y

controlar en tiempo real las actividades de monitoreo. El deseo de mejorar cada uno de

estos indicadores constituye motivos para la implementación de tableros eléctricos

inteligentes en el sector de hidrocarburos.

En la búsqueda de alcanzar mayores niveles de competitividad y eficiencia en su gestión y

sus sistemas productivos, los centros de control de motores, CCM, han logrado un

protagonismo creciente a nivel de planta. Estos equipos que han evolucionado

drásticamente durante las últimas décadas y han enfocado su mirada hacia el desarrollo de

su capacidad de predecir eventos, de monitorear procesos y de su parametrización en las

distintas industrias verticales dentro del mercado. [4]

Un centro de control de motores (CCM), es un tablero que alimenta, controla y protege

circuitos cuya carga esencialmente consiste en motores y que está conformado por un

conjunto de arrancadores agrupados en un tablero general de distribución.

¿Es posible mejorar la seguridad en un centro de control de motores (CCM) con la

implementación de un relé inteligente UMC 100 marca ABB?

4

JUSTIFICACIÓN

En el desarrollo de esta propuesta se pretende investigar sobre las características técnicas

y funcionales de un centro de control de motores que incorpore un arranque con relé

inteligente, además de evaluar la norma IEC 61508 que categorizará el nivel de seguridad

SIL en un proceso de Oíl and Gas; estableciendo diferencias en cuanto a costos,

prestaciones, confiabilidad y seguridad respecto a las tecnologías convencionales de

arranque de motores. Algunos de estos lineamientos se encuentran disponibles en

cuadernillos técnicos desarrollos de fabricantes como ABB, Schneider, Siemens, sin

embargo, está información no está presenta de forma detallada, lo que ocasiona que la

información sea muy poco profunda y sea enfocada comercialmente y sin ningún tipo de

comparación de ningún aspecto. Finalmente es ofrecer un conocimiento técnico, comercial

y de seguridad poco expuesto en los cursos intrínsecos de la carrera de Ingeniería Eléctrica

de la Facultad Tecnológica.

El proyecto se realizó esencialmente para finalizar el proceso de formación académica y

recibir la titulación de Ingenieros Eléctricos, titulo otorgado por la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica; haciendo uso y disposición de los

conocimientos teórico – prácticos adquiridos durante el proceso de formación, en pro del

desarrollo cognitivo en el área de procesos industriales que abarca la Ingeniería eléctrica.

5

METODOLOGIA

La metodología de la primera parte del proyecto se centró en recolectar información de

parámetros técnicos y funcionales adecuados para la construcción, instalación, seguridad

y filosofía de funcionamiento establecidos para la fabricación normalizada bajo la norma

IEC 61439-1/2, también se analizará detalladamente según su composición funcional el

parámetro de seguridad que puede ofrecer y como se categoriza por medio del nivel de

seguridad e integridad (SIL), especificando los requisitos y parámetros del sistema eléctrico

contemplado.

La segunda parte de la metodología del proyecto tendrá inicio con el manejo de la buena

información y análisis de la información, desarrollo y composición del centro de control de

motores que se recopilo en la primera parte del desarrollo del proyecto con el valor

agregado que esta se enfocara en puntualmente a determinar el valor de todos los equipos

que lo componen y su costo global dado para la solución planteada, esta solución es un

centro de control de motores básico para arranques inteligentes por medio de relé UMC

100.3 desglosando todas los parámetros que esto conlleva como lo son estructuras

metalmecánicas, Barrajes, Equipos de potencia, equipos de control, servicios auxiliares,

entre otros, para con esto ya elaborado como producto funcional determinar el nivel de

seguridad SIL, el proyecto se desarrollara con la siguiente metodología:

6

Ide

nti

fica

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Compilación y análisis de la información técnica yfuncional.

Se buscara información desde sus inicios hasta la fecha enfuentes bibliográficas, periódicos, artículos, revistas, catálogos,tesis de grado y páginas de internet entre otros sobre centros decontrol motor CCM y sus diferentes construcciones yfuncionalidades, para con esto seleccionar la informaciónrecopilada más concisa e importante para con esto dar mejorestructura al tema a trabajar y aporte mucho en el transcursodel proyecto.

Identificación de información relevante sobre arranquemotor por relé inteligente UMC (Universal motorControler).

Identificación y selección de información correspondiente aarranque motor realizado por medio de Relé inteligente UMC100.3 integrado en centros de control motor (CCM) estándares,teniendo en cuenta funcionalidades y aspectos técnico para conesto establecer de manera puntual su aplicación eimplementación en el transcurso del proyecto.

Establecer y analizar información aplicaciones de arrancadores directos inteligentes y convencionales.

Ya teniendo recopilada la información suficiente para dar aconocer claramente un centro de control de motores, sedetallarán un arranque directo típico que exista para motoresconvencionales y las prestaciones que este modelo ofrece alsistema en cuanto a seguridad y funcionalidad. Esto mismodesarrollo se realizará con un arranque directo para motorinteligente con ayuda de Relé térmico UMC de marca ABB parael cual se tendrán en cuenta los mismos aspectos.

Realizar un cuadro comparativo entre un arranque demotor convencional y un arranque motor inteligente pormedio de relé termino UMC aplicado en el sectorpetrolero.

Con toda la información recolectada sobre los arranquesdirectos con diferentes características, se realizará un cuadrocomparativo donde se establezca claramente las diferenciasentre prestaciones, seguridad, funcionalidad, confiabilidad paracon esto determinar ventajas y desventajas de los sistemas.

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Compilación y análisis de la información técnica yfuncional.

Se buscara información desde sus inicios hasta la fecha enfuentes bibliográficas, periódicos, artículos, revistas, catálogos,tesis de grado y páginas de internet entre otros sobre centros decontrol motor CCM y sus diferentes construcciones yfuncionalidades, para con esto seleccionar la informaciónrecopilada más concisa e importante para con esto dar mejorestructura al tema a trabajar y aporte mucho en el transcursodel proyecto.

Identificación de información relevante sobre arranquemotor por relé inteligente UMC (Universal motorControler).

Identificación y selección de información correspondiente aarranque motor realizado por medio de Relé inteligente UMC100.3 integrado en centros de control motor (CCM) estándares,teniendo en cuenta funcionalidades y aspectos técnico para conesto establecer de manera puntual su aplicación eimplementación en el transcurso del proyecto.

Establecer y analizar información aplicaciones de arrancadores directos inteligentes y convencionales.

Ya teniendo recopilada la información suficiente para dar aconocer claramente un centro de control de motores, sedetallarán un arranque directo típico que exista para motoresconvencionales y las prestaciones que este modelo ofrece alsistema en cuanto a seguridad y funcionalidad. Esto mismodesarrollo se realizará con un arranque directo para motorinteligente con ayuda de Relé térmico UMC de marca ABB parael cual se tendrán en cuenta los mismos aspectos.

Realizar un cuadro comparativo entre un arranque demotor convencional y un arranque motor inteligente pormedio de relé termino UMC aplicado en el sectorpetrolero.

Con toda la información recolectada sobre los arranquesdirectos con diferentes características, se realizará un cuadrocomparativo donde se establezca claramente las diferenciasentre prestaciones, seguridad, funcionalidad, confiabilidad paracon esto determinar ventajas y desventajas de los sistemas.

9

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Caracterización de un centro de control de motores “CCM” para arranque con relé

inteligente UMC (Universal motor Controller) considerando niveles de seguridad SIL para el

sector oil and gas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Caracterización técnica de un centro de control de motores que implemente arranque

con relé inteligente UMC.

2. Realizar un cuadro comparativo entre un arranque de motor convencional y un arranque

motor inteligente por medio de un relé UMC aplicado en el sector oil and gas.

3. Análisis de costos de un centro de control de motores que implemente el relé inteligente

UMC para el sector oil and gas.

4. Aplicar la Norma de seguridad Safety Integrity (SIL) apartado 61508 para determinar el

nivel de seguridad del CCM caracterizado.

10

1 MARCO TEÓRICO

En el primer capítulo se incluirán conceptos preliminares necesarios para desarrollar la

finalidad de este proyecto.

1.1 CENTRO DE CONTROL DE MOTORES En el pasado en una planta de producción existían bastantes motores de distintas

capacidades y distribuidos por el área de esta, los cuales necesitaban ser gobernados y

cada uno debía ser atendido en su propio tablero para mantenimiento correctivo o

preventivo de una forma descentralizada, lo que genera un gran gasto de tiempo en la

operación productiva. Partiendo de esto se toma de la decisión de controlar y supervisar la

maniobra eléctrica desde un mismo sitio o en otras palabras centralizar el control y

supervisión de los motores. De esta manera el tablero se hizo más grande y robusto, de

esta manera se establecen los Centros de Control de Motores (CCM).

A través del tiempo se han adicionado sistemas electrónicos a casi todo lo que conocemos

y es de esperarse que un Centro de Control de Motores también contenga esta parte

electrónica en estos días. El cambio se dio en la implementación de relés electrónicos

reemplazando los relés mecánicos o electromecánicos que se encontraban hasta hace

unos años en la industria, o que hoy en día aún se vean. Este cambio ayudo a transformar

la supervisión de las variables eléctricas y mecánicas por medio de un control remoto, esto

gracias a las interfaces de comunicación existentes en los componentes electrónicos. Dicho

esto, los CCM´s han evolucionado al punto de controlar, supervisar y comunicar los

parámetros establecidos en su lógica, además de tener diferentes formas constructivas

según sea la aplicación deseada [3].

Los centros de control de motores pueden clasificarse de acuerdo con:

1.1.1 Tipos de construcción

Los tipos de construcción para un centro de control de motores se pueden dividir en la forma

constructiva, como en el acceso para los operarios, en las técnicas para la interconexión de

los equipos eléctricos, los diferentes tipos de cableado y finalmente la disposición espacial

de este tablero. Esta información es toma de la norma venezolana “COVENIN 2942:1998”

centro de control de motores hasta 600 V C.A. requisitos. [5]

A continuación, se explica brevemente cada uno de los lineamientos anteriormente

mencionados.

1.1.1.1 De un frente La construcción de un frente consiste en tener las gavetas en un solo frente del tablero.

Para con esto, acceder a las partes activas del centro de control de motores se debe hacer

desde la parte frontal del tablero, componentes como las barras, borneras de salida/entrada

y cableado se puede acceder desde ambas partes posterior y frontal.

1.1.1.2 De dos frentes La construcción de dos frentes consiste en tener las gavetas en ambos frentes del tablero.

Para acceder a las partes activas del centro de control de motores se puede acceder desde

ambos frentes, sin embargo, para tener acceso al cableado y barrajes se debe desmontar

una serie de paneles que protegen del contacto directo o indirecto en dichas barrajes.

11

1.1.1.3 Tipo de adaptación o acople Las adaptaciones de un centro de control de motores son las formas de interconexión de

los equipos y dispositivos que comprende el conjunto de protección para el motor con el

tablero que los contiene, estas adaptaciones son:

1.1.1.4 Tipo fijo La construcción de tipo fijo establece como característica principal que gavetas o en su

defecto bandejas integradas están mecánicamente fijas al tablero. Los circuitos de carga,

control y fuerza se desconectan manuela mente.

1.1.1.5 Tipo enchufable El concepto enchufable es derivado de la expresión “Plug In” utilizada en la normatividad

escrita en el idioma inglés.

La construcción de tipo enchufable corresponde a la necesidad de disponer de una posición

extraída o insertada, donde el circuito de fuerza es desconectado de manera automática y

los circuitos de carga y control deben ser desconectados de forma manual.

1.1.1.6 Tipo extraíble El concepto extraíble es derivado de la expresión “Draw Out” utilizada en la normatividad

escrita en el idioma inglés.

Esta construcción de caracteriza por desacoplar totalmente y de manera automática toda

la gaveta o bandeja integrada, además de disponer de tres posiciones: Insertada, extraída

y de prueba, en esta última se desacopla mecánicamente de los barrajes de bus principales

los circuitos de fuerza y el circuito de control opera de forma uniforme.

1.1.1.7 Clases de Cableado.

1.1.1.7.1 Clase I Esta clase de cableado deberá ser exclusivo para cada gaveta o bandeja integrada y no es

propio de ella tener interconexión con otras partes internas o externas del centro de control

de motores.

1.1.1.7.2 Clase II Esta clase de cableado deberá ser exclusivo para cada gaveta o bandeja integrada y es


de motores, como los son los enclavamientos mecánicos y sistemas de control externos.

1.1.1.8 Tipos de cableado

1.1.1.8.1 Cableado Tipo A Es un cableado que no tiene borneras terminales para los circuitos de fuerza y control en

un centro de control de motores.

1.1.1.8.2 Cableado Tipo B Cableado con borneras terminales ubicado anexo o entre cada gaveta o bandeja integrada

en el centro de control de motores.

1.1.1.8.3 Cableado Tipo C Es la disposición de borneras individuales para control y fuerza, para cada una de las

gavetas o bandejas integradas que comprenden el centro de control de motores.

12

La construcción de un centro de control de motores CCM comprende una característica

constructiva de acuerdo con la IEC 61439-2, que habla sobre las formas de disgregación

internas para los conjuntos por medio de barreras o particiones. A continuación, se en

listaran las diferentes formas típicas:

Forma 1. Forma 2a. Forma 2b. Forma 3a. Forma 3b. Forma 4a. Forma 4b.

En la Figura 1 mostrará las diferentes formas de los centros de control de motores, visto

desde la disgregación de las gavetas.

Figura 1. Formas constructivas.

Fuente. Tomado de [6]

A continuación, se mostrará la forma física real de los centros de control de motores, las

diferentes formas constructivas dependiendo de la aplicación y el fabricante. También se

podrá apreciar la disposición del cuadro, dimensión del cuadro, la ejecución mecánica y el

sistema de barras.

13

Figura 2. Centro de control de motores. ABB.


La disposición del cuadro hace referencia a cómo debe estar distribuida la entrada y salida

de conductores, disposición de barrajes y equipos; ya sea en la parte frontal o lateral, así

como sus dimensiones preestablecidas.

Figura 3. Disposición del cuadro.


14

Figura 4. Ejecución mecánica.


Figura 5. Sistemas de barras.


15

1.2 ARRANQUE MOTOR A través de los años, la industria y la vida cotidiana a expuesto a que la tecnología este en

constante transformación tanto en equipos, como también en la forma de operar según sea

la función deseada. Para nuestro caso en particular tenemos los arranques para motor

eléctrico, seguidamente se en listaran y se dará una breve explicación del tema.

1.2.1 Variador de velocidad Un variador de frecuencia por definición es un regulador industrial que se encuentra entre

la alimentación energética y el motor. La energía de la red pasa por el variador y regula la

energía antes de que ésta llegue al motor para luego ajustar la frecuencia y la tensión en

función de los requisitos del procedimiento.

Un variador de frecuencia regula la velocidad de motores eléctricos para que la electricidad

que llega al motor se ajuste a la demanda real de la aplicación, reduciendo el consumo

energético del motor entre un 20 y un 70%.

1.2.2 Arrancador suave Este es un dispositivo netamente electrónico que permite el arranque a tensión nominal.

Estos dispositivos mitigan las corrientes altas de arranque y ejercen un control en el par de

arranque y parada. Son arranques de un solo elemento en la mayoría de los casos, la

tecnología interna utilizada para deshacerse de los sensores externos son los tiristores.

Figura 6. Diferencias entre arranques.


1.2.3 Arranque directo Este método es distintivo por usar la magnitud total del voltaje de alimentación y realizar su

conexionado de forma directa.

La conexión directa contempla, la conexión directa de los bornes del motor hasta el barraje

principal en AC del tablero de alimentación. De esta manera se tiene el 100 % del torque

del motor, durante el arranque la corriente es de aproximadamente 600% de la corriente

nominal [9]. Se presenta en la Figura 7 la forma de conexión.

Figura 7. Arranque directo en Y.

16


1.3 RELÉ INTELIGENTE Un relé inteligente es un aparato electrónico dotado de una memoria y unas funciones

específicas sea el campo donde se valla a instalar. Un relé inteligente tiene la capacidad de

monitorear, controlar y proteger un proceso productivo. Su uso cada vez más se ha

masificado al evolucionar las redes, permitiendo avanzar más en las tecnologías. Los

principales diseñadores y constructores de este tipo de elementos son la marca ABB,

Siemens, Schneider y general electric. Las aplicaciones son diversas como la protección

de líneas de trasmisión, centros de control de motores y otros procesos productivos que

necesiten de esta tecnología.

Para la marca Schneider tenemos en representación al Zelio Logic.

Figura 8. Zelio Logic.


17

Para la marca ABB tiene en representación relés de control y monitorización.

Figura 9. Relés ABB.


Para la marca Siemens tenemos en representación al relé de vigilancia.

Figura 10. Relés de vigilancia.


18

1.3.1 Relé UMC 100.3 ABB Seguidamente se describirá el conjunto de protección para el motor, evidenciando como

también exponiendo los componentes principales y los accesorios modulares que

complementan las funciones de protección y control que el relé ofrece.

Figura 11. Modulo Relé UMC 100.3.


El dispositivo UMC 100 de la marca ABB es un relé inteligente, el cual permite tener

protección inteligente del motor y sistema supervisión de control. Las funciones básicas

son: Control del motor, protección del motor, comunicación por bus de campo además de

diagnóstico y mantenimiento.

Este dispositivo inteligente no es compacto, lo cual permite adicionar una serie de

elementos que complementan las funciones antes nombradas. Seguidamente se

expondrán los dispositivos principales y elementos que comprenden el conjunto para la

protección del motor.

El relé UMC 100.3 es un dispositivo que cuenta un amplio rango en su sistema de medición,

con un espectro de hasta 63 A según el fabricante. Contiene en su armazón e ingeniería la

capacidad de alimentarse con señal de corriente continua de 24 V o en su defecto con una

señal de corriente alterna 110/240 V, además cuenta con 4 salidas integradas y 6 entradas

digitales que son suficientes para varias aplicaciones. Seguidamente en la Figura 11 se

puede apreciar como luce este dispositivo.

En cuanto a la interfaces y protocolos de comunicación que maneja el relé UMC 100.3 son

los siguientes PDP32.0 - Profibus DP, DNP31.0 - Devicenet, MRP31.0 - MODBUS e

interfaces de Ethernet MTQ22/PNQ22. Estos protocolos de comunicación necesitan de un

19

medio o interface, las que hacen parte del conjunto de protección motor lucen, así como en

la Figura 12.

Figura 12. Interfaces de comunicación del Relé UMC 100.3.


Uno de los módulos principales es el módulo de tensión, un dispositivo importante que

maneja las señales de tensión para acoplar las funciones que necesitan de la medida de

esta variable como lo son: Potencia, energía, THD (Distorsión armónica total) y factor de

potencia. Este dispositivo es capaz de medir una magnitud de 690 v AC en un sistema

trifásico y este es el aspecto que tiene el módulo de tensión como se ve en

Figura 13. Módulos de tensión para Relé UMC 100.3.


20

Seguidamente a los componentes principales, observaremos los accesorios que flexibilizan

la herramienta y amplían el abanico de funciones que contiene el relé UMC 100.3.

Iniciaremos con los módulos digitales, estos permiten ampliar la bornera de entradas y

salidas que manejas señales continuas de 24 VDC y señales alternas de 110/230 VAC,

además de contar con una salida análoga configurable. Cuenta con dos referencias de

módulos digitales para complementar la aplicación de protección motor que se quiera

usando el relé UMC 100.3. El módulo se aprecia en la Fuente. Tomado de

Figura 14. Módulos digitales de expansión para relé UMC 100.3.


En la protección de equipos es importante tener en cuenta variables mecánicas como lo es

la temperatura en el motor, el relé UMC 100.3 en sus accesorios cuenta con el módulo

analógico de temperatura AI111el cual cuenta en su construcción tres entradas para

transductores de temperatura y/o señales estándar. En cuanto a la flexibilidad en expansión

modular, el relé UMC 100.3 tiene la capacidad de adicionar al conjunto de protección motor

hasta dos módulos de temperatura.

Figura 15. Módulo de temperatura para Relé UMC 100.3.


Para ayudar en el manejo del conjunto de protección motor con el relé UMC 100.3, este

contiene en los accesorios un panel de control remoto práctico para la supervisión, gestión

21

y diagnóstico de todas las variables y parámetros establecidos para el control del motor.

Además, cuenta con una interfaz USB para establecer conexión con el PC, permitiendo el

cargue de información como también descarga de la misma y establecer la lógica deseada.

Se visualiza en la Figura 16 como es el dispositivo.

Figura 16. Panel de control Relé UMC 100.3.


1.4 NIVELES DE SEGURIDAD SIL Durante mucho tiempo los procesos industriales y otras actividades mercantiles se han

caracterizado por ser de alto riesgo, además de estas circunstancias no se cuenta en su

momento con algún tipo de guía o normativa para la construcción segura de una planta

industrial o nuclear, maquinaria, hornos o edificación alguna.

Figura 17. Línea del tiempo.

Fuente. Elaboración propia.

Para la creación, postulación, socialización y adopción de la normativa que mitigaría

accidentes desde el punto de vista de la fabricación y construcción de los elementos que

22

componen una planta o edificación, ocurrieron accidentes que marcarían la historia

generando una filosofía de prevención, y para ello una serie de normas. Los accidentes

más representativos en el área correspondiente son:

1974 Flixborough.

Se considera en varias fuentes como el desastre de Flixborough. Una explosión de una

planta química ubicada en las proximidades de Flixborough en Inglaterra, que se presentó

el 1 de junio de 1974.

En las hipótesis manejadas para encontrar la posible causa del desastre, se señala una

modificación la cual no contemplo una evaluación de desempeño individual y en conjunto

hecha por personal idóneo del área intrínseca.

1976 Seveso.

Seveso fue otro accidente industrial, esta vez un incendio en una planta química que se

presentó en el municipio de Seveso Italia el 10 de julio de 1976, afectando los municipios

de Seveso, Meda, Cesano, Maderto y Desio, que se encuentran al norte de Milán en una

región llamada Lombardía. Las hipótesis manejadas en este accidente fueron un error

humano al dejar una reacción de un día para otro, lo que originó una reacción exotérmica

aumentando la presión del reactor, esta situación supera las medidas de seguridad y es

provocada una emisión en forma de nube de aerosol fuera de control. Este accidente no

cuenta con muertos, sin embargo, evidencio un pánico colectivo por los componentes

manejados en la planta.

1984 Bhopa|l

Una fábrica de plaguicidas formada en un 51% privada por la compañía estadounidense

Union Caribe y el porcentaje restante por el gobierno de la India, la cual tuvo el fatídico

accidente el 3 de diciembre de 1984.

Las investigaciones arrojaron diferentes teorías, la teoría más representativa es la deficiente

planificación en las tareas de mantenimiento y limpieza de la planta. En la tarea de limpieza

se arrastran elementos con un chorro de agua los cuales entran en contacto con el gas

almacenado, generando una reacción exotérmica y apertura improvista de las válvulas de

seguridad de los tanques almacenadores por sobrepresión, liberando de esta manera el

gas toxico al aire. Adicionalmente la planta para reducir costos inhabilito el sistema de

refrigeración de los tanques y el catalizador de gases previo a la salida de gases a la

atmosfera.

1988 Piper Alpha.

Accidente con más de 167 muertos, considerado como el mayor desastre en la industria

petrolera en cantidad de muertos y costo económico en pérdidas. Ocurrió en el mar del

norte el 6 de julio de 1988.

Las principales causas del accidente fue la conversión a una plataforma de extracción y

tratamiento de gas. En esta renovación no se contempló que las operaciones y actividades

más peligrosas estuvieran protegidas y alejadas de la mayor cantidad de operarios como

se planteó en la construcción inicial para el tratamiento del crudo.

23

Debido a estos acontecimientos tan significativos se comenzó a trabajar en leyes y reglas

de una manera conjunta y solidaria, prestando atención a los sucesos que acontecieron

para tomar cartas en el asunto y de esta manera generar una filosofía de prevención en el

cuidado del medio ambiente, seguridad y salud en el trabajo:

Directiva Seveso 1982.

La directiva de Seveso, fue el resultante del accidente presentado en un municipio de Italia

que lleva su nombre. Dicha directiva se celebró el 24 de junio de 1982 por la comunidad

europea del momento y su tema principal fue sobre los riesgos de accidentes mayores de

ciertas actividades industriales (82/501/CEE).

La directiva se basa en las políticas comunitarias de medio ambiente que ya han sido fijadas

por la comunidad europea en los programas de acción sobre el medio ambiente de 22 de

noviembre de 1973 y el 17 de mayo de 1977, la resolución del consejo de 29 de junio de

1978 también por la comunidad europea en un plan de acción por la seguridad y salud en

el trabajo, además de plantear como la mejor política, que en principio implica evitar la

generación y creación de contaminación, esto también debe evidenciarse en la

preocupación de postular y adoptar procesos técnicos que velen por la protección del medio

ambiente.

Para cumplir con la preservación del medio ambiente, seguridad y salud en el trabajo para

actividades que manipulen sustancias peligrosas la directiva adopto 21 artículos:

DIRECTIVA 96/82/CE DEL CONSEJO de 9 de diciembre de 1996.

La directiva de Seveso II considera varios factores en la posible accidentalidad, como el almacenaje, transporte, procesamiento y residuos de sustancias peligrosas, y para esta versión se excluyen los parámetros de seguridad en el trabajo dejando este trabajo a las autoridades competentes de cada estado miembro. Se tomará un fragmento muy significativo en el cambio de visión de la directiva. “Considerando que los accidentes graves pueden tener consecuencias más allá de las fronteras; que los costes medio ambientales y económicos de los accidentes recaen no sólo en el establecimiento afectado sino también en los Estados miembros de que se trate; que conviene, por tanto, adoptar medidas que garanticen un elevado nivel de protección en toda la Comunidad” [14] Sin embargo, la comunidad internacional desarrollo los siguientes estándares:

DIN 1992.

ANSI/ISA-S84.01.1996.

IEC 61508 1999.

IEC 61511 2003.

Estándar internacional desarrollados en 2003 por la Internacional Electrical Commisión

(IEC) para la seguridad funcional titulado “Sistemas de seguridad para el sector de la

industria de procesos”, en su primera parte comprende los requisitos de programación del

Marco, definiciones, sistemas, hardware y aplicaciones. La segunda parte establece las

directrices para la aplicación de la norma, la tercera y última parte se encuentra la guía para

a determinación de los niveles de integridad requeridas.

24

La intención de este documento es introducir y dar un preliminar general de la norma

internacional que comprende SIL. A continuación, se empezarán las normas que

comprenden el SIL:

IEC 61508: 1999 Functional Safety of E/E/PE Safety-Related Systems Basic

Standard.

IEC 51511 Process Industry.

Para la identificación del nivel SIL en áreas específicas, las normas son las siguientes:

IEC 61800-5-2 Electrical drives.

IEC 51513 Nuclear Sector.

EN 50128 Railway Apps.

IEC 60601 Medical Devices.

IEC 51511 Process Industry.

IEC 50156 Furnaces.

IEC 62061 Machines.

Para la resolución de este documento se fundamentará con base en el siguiente estándar,

IEC 61508.

IEC 61508: 1999 Functional Safety of E/E/PE Safety-Related Systems Basic

Standard.

Los niveles de seguridad SIL, se representan en una grilla la cual depende de varios

factores como lo son:

S, Grado de daño.

F, Frecuencia y tiempo de exposición.

P, Protección, prevención contra riesgos.

W, Probabilidad de peligro.

Teniendo en cuenta estos factores la grilla arrojara un nivel SIL que varía de (1 – 4), siendo

SIL1 el valor de riesgo más bajo, mientras que el SIL4 corresponde al riesgo más alto y se

asume que puede traer consecuencias fatales. Seguidamente se presenta en la Figura 18

como evaluar el nivel SIL.

Para evaluar el nivel SIL de un conjunto eléctrico se describirán los factores involucrados:

TABLA 1. FACTORES CALCULO SIL.

S Grado de daño

S1 Lesiones leves de una persona.

S2 Lesiones graves de varias personas, incluida la muerte de una persona.

S3 Muerte de varias personas.

S4 Consecuencias fatales con varios muertos.

F Frecuencia y tiempo de exposición.

F1 Poco frecuente hasta ligeramente frecuente.

25

F2 Frecuente hasta permanente.

P Protección y prevención contra riesgos.

P1 Posible en determinadas condiciones.

P2 Raramente posible.

W Probabilidad de riesgo

W1 Muy baja.

W2 Baja.

W3 Relativamente alta.

Fuente. Elaboración Propia.

Figura 18. Matriz SIL.


2 CARACTERIZACIÓN TÉCNICA DE UN CENTRO DE CONTROL DE

MOTORES QUE IMPLEMENTE ARRANQUE CON RELÉ INTELIGENTE

UMC

Para el desarrollo del presente objetivo, es pertinente conocer e identificar la información

técnica de un CCM y a su vez un arrancador motor con relé inteligente. Para esto se

plasmará la información técnica encontrada de los dos ítems anteriormente mencionados y

se generará un cuadro resumen que consolide los aspectos más representativos de estas

tecnologías.

26

2.1 INFORMACIÓN TÉCNICA SOBRE CENTROS DE CONTROL DE MOTORES Un CCM es un arreglo de varias unidades agrupadas para proteger un determinado grupo

de motores, como también lograr a través de su cableado interior el automatismo necesario

para realizar un determinado proceso. La ventaja que ofrece este sistema es que permite

tanto la supervisión como la operación. [16]

Estos son utilizados como eslabón de unión entre los equipos de generación y los

consumidores finales tales como motores, equipos de climatización entre otros. Estos

ofrecen la ventaja de integrar dentro de un mismo gabinete los sistemas arrancadores de

motores de distintas áreas de una planta, así como el sistema de distribución de esta, al

utilizar este equipamiento se reducen los costos ya que las líneas de alimentación llegan a

un solo lugar (El CCM) y desde allí salen los cables de poder y de control hacia las cargas

finales. [17]

Las unidades de protección y de corte de circuitos pueden ser: interruptores termo

magnéticos, guarda motores o fusibles para protección o corte de motores. Los tipos de

arranque para cada motor pueden ser: de plena tensión (directo), reversible, Estrella –

Triángulo ( voltaje reducido), variador de frecuencia (arranque inducido) y por controladores

programables (PLC). El uso de los CCMs responde a la gran tendencia en las instalaciones

eléctricas ubicadas en los controles de motores en áreas remotas y concentrarlos en un

solo gabinete.

2.1.1 Estructura metal mecánica (Envolvente) Las presentes características y especificaciones se establecen para un CCM convencional

y corresponden a los requisitos para el elaboración de diseño, pruebas en fábrica y

liberación, suministro y entrega en baja tensión, estos van muy sujetos de las necesidades

que requiera el cliente final, en la Figura 19 se muestra las partes principales del mismo.

1. Estructura Metalmecánica

2. Ducto de barrajes principales

3. Ducto de barrajes verticales

4. Compartimientos (Unidades fija / Unidades extraíble)

5. Compartimiento de bornes y cables de control

27

Figura 19. Partes principales de un CCM.


2.1.2 Normatividad relevante Los CCM’s y sus componentes deben cumplir las previsiones aplicables estipuladas en la

última edición de las normas mencionadas a continuación:

28

Tabla 2. Normatividad relevante.

Norma Descripción Aplicación

RETIE Los tableros eléctricos en este caso CCM’s que estén fabricados con protección contra arco interno deberán cumplir con los protocolos establecidos en la última edición de la norma IEC 61641. Deberán tener relé de protección con fibra para detección de arco interno dentro del CCM.

- Estimar la capacidad del tablero para limitar el peligro de heridas a personas causadas por un arco accidental. - Prever el comportamiento del tablero ante tal circunstancia. - Analizar la seguridad brindada al operador por un tablero debidamente cerrado, con respecto a los efectos térmicos y mecánicos de un arco accidental. - Si un proveedor suministra CCM no ensayados acorde a estos criterios, entonces ellos podrían no estar diseñados para ser a Prueba de Arco Interno.

IEC 61439-1 y 61439-2

Los tableros eléctricos en este casi CCM’s deben ser diseñados, ejecutados y probados conforme lo estipulado en la publicación de esta norma IEC la cual cancela y remplaza la última edición de la IEC 60439-1.

-Conjunto de dispositivos de conmutación y control (TTA) de baja tensión de tipo probado: Un conjunto de conmutación y control de bajo voltaje que cumpla con un tipo o sistema establecido sin desviaciones que puedan influir significativamente en el rendimiento, desde el conjunto típico verificado como conforme a esta norma. -Conjunto de dispositivo de control y control de baja tensión parcialmente probado (PTTA): Un conjunto de conmutación y control de baja tensión, que contiene disposiciones probadas y no probadas. - Numeral 8.2, establece que las pruebas de tipo están destinadas a verificar el cumplimiento de los requisitos.” Las pruebas de tipo se llevarán a cabo en una muestra de tal montaje o en dichas partes de conjuntos fabricados con el mismo diseño o uno similar”.

IEC 60068-2-11 Pruebas de corrosión en cámara salina

Pruebas aplicadas a los tableros para probar que no se corroan

IEC 60068-2-30 Resistencia a la humedad

Pruebas aplicadas a los tableros para probar su resistencia a la humedad

IEC 28 Cobre tipo recocido e industrial para aplicaciones eléctricas.

Pruebas aplicadas a los tableros para comprobar que el cobre usado sea el adecuado en cuanto a conducción necesaria

IEC 51 Instrumentos de medida eléctricos con indicación analógica por acción directa y sus accesorios

Pruebas aplicadas a los tableros para comprobar que la medida medida en sus instrumentos sea correcta, respecto sus resoluciones

29

IEC 185 Transformadores de intensidad.

Pruebas aplicadas a los tableros para comprobar que la relación de transformación de los transformadores de corriente sea la correcta.

IEC 186 Transformadores de tensión

Pruebas aplicadas a los tableros para comprobar que la relación de transformación de los transformadores de tensión sea la correcta.

IEC 228 Conductores de cables aislados

Pruebas aplicadas a los conductores de los tableros para que el aislamiento de los conductores este en los valores propuestos

IEC 255-6 Relés eléctricos. Relés de medida y equipos de protección

Pruebas aplicadas a los tableros para comprobar que los relés de protección disparen de manera correcta realizando pruebas de inyección secundaria.

IEC 332 Ensayos de cables eléctricos sometidos al fuego

Pruebas aplicadas a los conductores de los tableros para que el aislamiento de los conductores este en los valores propuestos

IEC- 529 Grado de protección de tableros

Pruebas aplicadas a superficialmente a los tableros para que comprobar su grado de protección IP.


2.1.3 Clasificación Los CCM deben se clasificarán bajo la última norma de edición de la IEC 60439-1 y que

corresponde a tableros y CCM “Totalmente Probados”, a la vez esta los clasifica de acuerdo

con su tipo de construcción y a su tipo de ejecución como también por la clase de cableado

y su tipo.

30

Figura 20. a. Frontal con puertas. b. Frontal sin puertas.


Figura 21. a. Vista lateral. b. Vista posterior.

31


2.1.4 Según tipo de construcción

2.1.4.1 Un frente Son aquellos que en los que las gavetas o bandejas se encuentran ubicadas en un solo

frente teniendo acceso a las paredes activas desde el frente, pero las barras, el cableado y

Las partes activas desde la parte posterior como se evidencia en la Figura 22. CCM con

acceso de frente Y la .

Figura 22. CCM con acceso de frente.

32


Figura 23. CCM con compartimientos independientes.


2.1.4.2 Dos frentes (back to back)

Estos sistemas Back to Back se ubican como lo muestra la Figura 24Figura 24. Instalación

back to back de CCM’s y son aquellos donde las gavetas o bandejas se encuentran

ubicadas en los dos frentes el anterior y el posterior. Las partes activas tienen acceso desde

los dos frentes, pero a las barras y al cableado interno solo se lleva solamente desmontados

soportes desde cualquiera de los frentes.

33

Figura 24. Instalación back to back de CCM’s.


2.1.5 Según tipo de ejecución

2.1.5.1 Extraíbles Estas se caracterizan por tener sus gavetas totalmente extraíbles con la posibilidad de

alcanzar la posibilidad insertada, extraída y prueba, entre otras más según se requiera; en

este último el circuito de control está activo y el circuito de potencia esta desacoplado

mecánicamente de las barras de fuerza. Los circuitos de fuerza, control y de cargas se

desconectan automáticamente al extraer la gaveta como lo indican la Figura 25Figura 25.

Vista frontal de CCM con gavetas extraíbles y la Figura 26.

Figura 25. Vista frontal de CCM con gavetas extraíbles.

34


Figura 26. Vista gaveta extraída CCM.


2.1.5.2 Enchufables Son aquellos que se caracterizan por tener sus gavetas enchufables, con la posibilidad de

alcanzar la posibilidad insertada extraída en las cuales el circuito de fuerza se desconecta

automáticamente al extraer la gaveta, pero los circuitos de control y carga deben ser

desconectados manualmente. El concepto enchufable a la extensión Plug-in usada en las

normas inglesas.

Figura 27. Vista frontal de CCM tipo Pulg-in.

35


Figura 28. Sistema con versatilidad Plug-in.


36

2.1.5.3 Fijos Son aquellos que se caracterizan por tener sus gavetas o bandejas integradas a la celda o

estructura de forma fija. Todos los circuitos de distribución y carga se desconectan

manualmente.

Figura 29. Vista frontal de CCM tipo fijo.

Fuente: Elaboración Propia.

2.1.6 Según clase de Cableado

2.1.6.1 Clase 1

2.1.6.1.1 Esta clase de cableado establece ser exclusivo para cada gaveta o

bandeja integrada y no es propio de ella tener interconexión con otras

partes internas o externas del centro de control de motores.

2.1.6.2 Clase 2 Esta clase de cableado establece ser exclusivo para cada gaveta o bandeja integrada y es


de motores, como los son los enclavamientos mecánicos y sistemas de control externos,

como lo indica Figura 30

37

Figura 30. Sistema de cableado clase 2.


2.1.7 Formas de segregación De acuerdo con el ítem 8.101 de la norma IEC 61439-2, que trata sobre las formas de

separación interna de unidades o componentes del CCM que se ilustran en la Figura 31,

las cuales son las que por medio de particiones o barreras (metálicas o no metálicas), las

formas típicas de separación por particiones son las presentadas en la TABLA 3.

CRITERIOS DE COMPARTIMENTACIÓN CCM realizada, mostrada y a continuación:

Figura 31. Conjunto de unidades funcionales CCM.


38

TABLA 3. CRITERIOS DE COMPARTIMENTACIÓN CCM. [6]

Criterio principal Segundo criterio Forma

Sin separación Sin ningún tipo de segregación entre los componentes

Forma 1

Separación entre las barras de distribución y las unidades funcionales

Los terminales para los conductores externos no necesitan ser separados de las barras

Forma 2A

Los terminales para los conductores externos están separados de las barras

Forma 2B

Separación entre las barras y unidades funcionales, así como entre todas las unidades funcionales. Separación de los terminales de conexión de salida de las unidades, pero no entre ellos

Los terminales de conexión no deben ser separados de las barras

Forma 3A

Los terminales de conexión deben estar separados de las barras

Forma 3B

Separación entre las barras y unidades funcionales, así como entre todas las unidades funcionales, incluyendo, además, los terminales de conexión que son parte integral de la unidad funcional

Los terminales de conexión están en el mismo compartimiento que la unidad funcional asociada

Forma 4A

Los terminales de conexión no están en el mismo compartimiento que la unidad funcional asociada, debiendo ir en un compartimiento Forma 4b individual y separado

Forma 4B

39

2.1.8 Fuente: Elaboración propia.

2.1.9 Grados de protección IP El grado de protección IP de los tableros eléctricos y CCM’s hace referencia a la norma

internacional CEI 60529 (Degrees of Protection1) utilizado con mucha frecuencia en los

datos técnicos de equipamiento eléctrico o electrónico, en general de uso industrial como

sensores, medidores, controladores, etc. Especifica un efectivo sistema para clasificar los

diferentes grados de protección aportados a los mismos por los contenedores que

resguardan los componentes que constituyen el equipo. Este estándar ha sido desarrollado

para calificar de una manera alfa - numérica a equipamientos en función del nivel de

protección que sus materiales contenedores le proporcionan contra la entrada de materiales

extraños. Mediante la asignación de diferentes códigos numéricos, el grado de protección

del equipamiento puede ser identificado de manera rápida y con facilidad. [18]

En la figura presentada a continuación se puede ver en base a qué se establece el grado

de protección IP, según la norma IEC 60529. La combinación de la estanqueidad a

partículas sólidas y líquidas establece el grado de protección: la referencia del grado de

protección a partículas sólidas (primer dígito de la numeración) y la protección a líquidos

(segundo dígito de la numeración). De modo que un artículo con nivel de estanqueidad

IP65, significa que es hermético a la entrada de partículas sólidas y protegido contra

líquidos, incluso proyectados a presión.

TABLA 4. ÍNDICES DE PROTECCIÓN IP.

INDICES DE PROTECCIÓN METALMECÁNICA

PRIMERA CIFRA CARACTERÍSTICA SEGUNDA CIFRA CARACTERÍSTICA

PROTECCIÓN FRENTE A PARTICULAS SOLIDAS PROTECCIÓN FRENTE A PARTICULAS LIQUIDAS I.P ILUSTRACIÓN DESCRIPCIÓN I.P ILUSTRACIÓN DESCRIPCIÓN

1

Impide la penetración de

objetos de 50mm de

diámetro, protege contra

contacto accidental

(Manos)

1

Protege contra caída vertical

de gotas de agua

( Goteo vertical)

2


objetos de 12mm de

diámetro, protege contra

contacto accidental

(Dedos u objeto análogo)

2

Protege contra caída vertical

de gotas de agua con un

grado de inclinación Max de

15 grados

(Goteo vertical Max 15)

3


sondas de min 2,5 mm de

diámetro

(Herramienta)

3

Protege contra lluvia fina

pulverizada

(Agua pulverizada Max de 60

grados en respes pecto a la

vertical)

40

4


sondas de min 1 mm de

diámetro

(Alambre)

4

Protege contra lluvia proyecciones de agua, penetración mínima permitida (Agua en todas las direcciones limitada)

5

Protege contra penetración

de polvo y acumulaciones

peligrosas

(Alambre fino y entrada de

polvo)

5

Protege contra lluvia chorros

de agua, penetración mínima

permitida

(Agua en todas las

direcciones limitada)

6

Estanqueidad total de

polvo

(Alambre extrafino y

almacenamiento de micro

partículas)

6

Protege contra lluvia chorros

en todas las direcciones.

(Agua a presión en todas las

direcciones)

7

Protección contra efectos de

inmersión temporal

(máximo 1 m de inmersión)

8

Protección contra efectos de

inmersión total

(Inmersión dependiendo

fabricante)


La indicación para identificar el nivel de protección IP, está dado por las dos cifras del código

IP. La primera cifra indica la protección contra el riesgo de cuerpos sólidos, seguidamente

viene la segunda cifra que indica la protección contra líquidos. Dicha información se puede

corroborar en la

Figura 32. Índice de protección IP.

Figura 32. Índice de protección IP.


41

2.1.10 Tipos de protección de la estructura El diseño de los CCM’s contempla dos filosofías de protección las cuales proporcionan

protección contra el ARCO ELÉCTRICO de dos maneras diferentes estimando las

siguientes filosofías:

Ambas características son utilizadas para satisfacer los requisitos de seguridad del

operador y de la instalación previstos por el documento IEC 61641, la aplicación de solo

una de estas filosofías o de ambas depende de las características y condiciones del

sistema.

2.1.10.1 Protección pasiva La Protección pasiva hace referencia a que el CCM es mecánicamente resistente ante un

defecto de arco eléctrico, por tal razón, posee una estructura mecánica robusta formada

por perfiles de lámina en su mayoría de cosas de Acero reforzada COLD ROLLED de

mínimo de 2.66mm de espesor (Calibre No 12) e incluye un diseño interno que permite una

fácil evacuación de los gases a alta temperatura producidos al presentarse un Arco.

Al presentarse un arco eléctrico se produce una combustión de los elementos al interior del

tablero caracterizada por una rápida generación de abundantes gases a altas temperaturas,

los que deben ser eficaz y velozmente evacuados como lo ilustra la Figura 33.

En su mayoría los CC con protección de arco interno pasiva conduce a los gases calientes

hacia atrás y hacia arriba siendo liberada la presión de forma segura a través de los “flaps”

situados en la parte superior. Cada sección y orientación de los flaps ha sido

cuidadosamente estudiada y experimentada a fin de actuar como guía de los gases durante

su evacuación.

Figura 33. Protección pasiva y evacuación de gases en CCM.


42

2.1.10.2 Protección Activa mediante relés de protección o interruptores

limitadores La protección activa mediante relés de protección o interruptores limitadores se utiliza para

separar las partes del tablero con elevadas potencias de cortocircuito, reduciendo la

intensidad de un posible arco. Estos se instalan según el diseño, en la parte superior de

cada columna permitiendo la limitación de los efectos térmicos y dinámicos de cortocircuito

tanto en las barras de derivación como en todos los cubículos de los arranques, además,

el relés de protección del arranque o el interruptor de limitación dependiendo el caso

también asegura un grado mayor de confiabilidad ya que permite desconectar y aislar cada

columna en caso de falla o mantenimiento, permitiendo mantener en servicio las demás

arranques de los cuales está compuesto el CCM, esta afirmación se ilustra en Figura 34 tal

la cual se ilustra continuación.

Figura 34. Curva característica de tiempo de intervención relé de protección o unidad de

disparo interruptor limitador.


2.1.11 Características metalmecánicas de los centros de control de motores Para presentar el resumen de las características técnicas metalmecánicas que componen

los centros de control de motores, se opta por plasmar dicho resumen en el Anexo A.

43

2.2 INFORMACIÓN TÉCNICA DE UN ARRANQUE MOTOR ESPECIFICO POR

MEDIO DE RELÉ INTELIGENTE UMC POR MEDIO DE UNA TABLA QUE

RECOPILE LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE ESTOS El controlador de motor universal (UMC) es un controlador de motor inteligente para

motores de inducción de corriente alterna trifásica, que combina las dos funciones clásicas

de protección de motores y el manejo de motores en un solo dispositivo, además de ofrecer

comunicación de diagnóstico y bus de campo. Las funciones del dispositivo se pueden

ajustar en una amplia gama para cubrir las necesidades de diversas industrias. UMC100 es

un desarrollo adicional del UMC22. [20]

El UMC100.3 tiene protección completa de motor electrónico y garantiza un sistema que

asegure que el motor esté protegido en todo momento, incluso si el sistema de control de

bus de campo se rompe. El preciso sistema de medición electrónica permite la utilización

óptima de los motores. [13]

El buen comportamiento está garantizado por la alta estabilidad a largo plazo de las

características de disparo conforma un sistema integral de diagnóstico facilita la localización

de averías y la rectificación en el caso de fallas para ayudar a mantener el sistema en

funcionamiento y reducir el tiempo de parada, el esquema básico de funcionamiento del

relé de protección se puede evidenciar claramente en la Figura 35.

Figura 35. Diagrama físico Relé UMC 100.3.


44

Figura 36. Diagrama eléctrico básico de instalación.


2.2.1 Componentes eléctricos

2.2.1.1 UMC 100.3 En la siguiente figura se puede observar claramente los principales bloques de función del

UMC100.3 y el flujo de datos entre ellos con respecto a la figura anterior “Diagrama eléctrico

de instalación.

El bloque principal superior contiene las funciones relacionadas con la protección. Las

señales de diferentes fuentes de señal se evalúan desde la unidad de disparo. De acuerdo

con la configuración, se puede crear un disparo o una advertencia. La protección del motor

siempre tiene prioridad con respecto al control de las salidas de relé. En caso de un disparo

de protección, se abren los contactos relevantes y, a continuación, se para el motor. Si el

dispositivo falla, el vigilante abre automáticamente las salidas de relé por razones de

seguridad. No hay posibilidad de evitar esta función de vigilancia. Las entradas principales

para la protección del motor son la medición de corriente y el sensor del termistor. La

medición de corriente proporciona información sobre la corriente real del motor en las tres

fases. Un modelo de motor avanzado utiliza la información de corriente y calcula la

temperatura de motor correspondiente. A un cierto nivel, se accionará un disparo de

sobrecarga. La entrada del termistor mide la resistencia PTC. Sobre la base de la

resistencia se puede distinguir el estado frío y caliente del motor. También se pueden

detectar condiciones de cortocircuito o rotura de cables.

Figura 37. Bloques de función del UMC100.3.

45


El bloque principal inferior contiene las funciones relacionadas con el control. Los comandos

de entrada desde el panel, las entradas digitales o el bus de campo se ordenan desde el

bloque de selección de posición de control de acuerdo con los ajustes del usuario y luego

se reenvían a la función de arranque activo. El bloque de función de arranque controla las

salidas de relé en función de sus señales de entrada y del estado real. Además, se preparan

señales de monitoreo para la pantalla LCD, los ledes de señalización del UMC100.3 y los

telegramas de monitoreo y diagnóstico de bus de campo. Todos estos bloques se ejecutan

en el llamado motor lógico. Es posible cambiar la aplicación que se está ejecutando allí,

pero por lo general las aplicaciones predefinidas serán suficientes. Encontrará más

información sobre la creación de aplicaciones personalizadas en el manual del Editor de

aplicaciones personalizadas. [20]

46

Figura 38. Relé UMC 100.3.


2.2.1.2 Módulo de expansión I/O DX111 El DX111 expande los canales de entrada y salida del UMC100.3.

Proporciona ocho entradas digitales para 24 V CC, cuatro salidas de relé y una salida

analógica para accionar un instrumento analógico. Figura 39. Diagrama DX111, muestra

los terminales y los elementos de monitoreo del módulo DX111.

Figura 39. Diagrama DX111 & DX122.

47


TABLA 5. HARDWARE DX111.

Modulo DX111 Equipado con - 8 entradas digitales aisladas

galvánicamente

- 1 salida analógica (0/4-20mA, 0-10V) para medición de variables

- Hasta 3m de distancia entre el UMC100 y DX1xx

- Nivel de tensión: DX111 - 24 V DC


2.2.1.3 Módulo de expansión I/O DX122 El DX122 expande los canales de entrada y salida del UMC.

Proporciona ocho entradas digitales para 110 V CA - 230 V CA, cuatro salidas de relé y una

salida analógica para accionar un instrumento analógico. La Figura 39¡Error! No se

encuentra el origen de la referencia., muestra los terminales y los elementos de monitoreo

del módulo DX122.

TABLA 6. HARDWARE DX122.

Modulo DX122 Equipado con

- 8 entradas digitales aisladas galvánicamente



- Nivel de tensión: DX122 - 110 / 230 V AC


2.2.1.4 Módulo de tensión VI150 El VI150 añade funciones de protección de voltaje y potencia al UMC. Proporciona tres

entradas de voltaje y una salida de relé. Se puede utilizar en modo de operación trifásica y

monofásica.

48

La Figura 40. Diagrama VI150 Muestra los terminales y los elementos de monitoreo del

módulo VI150.

Figura 40. Diagrama VI150 & VI155.


TABLA 7. HARDWARE VI150. [20]

Modulo VI150 Equipado con

- 3 entradas de tensión L1, L2, L3 (redes aterrizadas) 150VAC / 690VAC

- 1 salida a relé

- Hasta 3m de distancia entre el UMC100 y VI150

- Nivel de redes aterrizadas: 150VAC / 690VAC.

- Funcionalidades de Protección:

• Sub / Sobre tensión • Sub /sobre carga • Factor de potencia (cos Phi) • Pérdida de fase/ desbalance / secuencia según tensión

- Funcionalidades de diagnóstico:

• Tensión de las tres fases •Factor de potencia •Desbalance de tensión

49

•Potencia activa •Potencia aparente •Energía •THD Distorsión armónica total


2.2.1.5 Módulo de tensión VI155 El VI155 añade funciones de protección de voltaje y potencia al UMC. Proporciona tres

entradas de voltaje y una salida de relé. Se puede utilizar en modo de operación trifásica y

monofásica.

La Figura 40 Muestra los terminales y los elementos de monitoreo del módulo VI155.

TABLA 8. HARDWARE VI155.


- 3 entradas de tensión L1, L2, L3 150VAC / 690VAC

- 1 salida a relé


- Nivel de redes aterrizadas o sin hacerlo: Redes con tierra o sin aterrizar. Altitudes >2000 m




• Tensión de las tres fases •Factor de potencia •Desbalance de tensión •Potencia activa •Potencia aparente •Energía •THD Distorsión armónica total


50

2.2.1.6 Módulo de entradas análogas AI111 El módulo AI111 proporciona tres entradas analógicas. El tipo de las entradas puede

configurarse mediante parámetros como entradas de temperatura (p. ej., PT100, PT1000)

o como entradas de señal estándar (0 - 10 V, 0/4 - 20 mA).

Pueden conectarse hasta dos módulos AI111 al UMC100.3 para ofrecer seis entradas

analógicas en total. Para el primer módulo se debe dejar abierto el terminal denominado

ADR. Para el segundo módulo, la entrada denominada ADR debe estar conectada a 24 V

CC.

Los sensores de temperatura pueden conectarse en tecnología de dos o tres cables. La

siguiente Figura 41Figura 41. Diagrama AI111 indica claramente el diagrama del accesorio

relacionado.

Figura 41. Diagrama AI111.


TABLA 9. HARDWARE AI111.

Modulo AI111 Equipado con

- 3 entradas análogas, Configurada en Temperatura o señal estándar

51

- Se pueden conectar dos modulo al tiempo.

- Terminales para la alimentación de 24 V CC

- Hasta 3m de distancia entre el UMC100 y AI111

- Nivel de tensión: 24VAC.


2.2.1.7 Modulo Panel LCD El panel de control es un accesorio para el UMC100.3 y se puede utilizar para monitorear,

controlar y parametrizar el UMC100.3. Puede conectarse directamente o montarse por

separado en la puerta del panel utilizando el kit de montaje. La siguiente Figura 42 contiene

el diagrama del panel de control.

Figura 42. Diagrama Panel LCD.


TABLA 10. CARACTERÍSTICA PANEL LCD.

Modulo Panel LCD - interfaz de usuario multilingüe y

completamente gráfica.

Arranque y parada del motor, y reconocimiento de fallos

- Visualización de valores medidos (por ejemplo, corriente del motor en A /% o tiempo de puesta en marcha) y estado de las entradas y salidas

52

- Carga y descarga de parámetros.


2.2.2 Protecciones inteligentes para el motor El UMC proporciona una protección completa del motor, incluida detección de fallos de fase,

protección del motor ajustable para motores estancados durante el arranque o la operación

normal, límites de corriente configurables para generar disparos o advertencias, y mucho

más. Las diferentes funciones de protección y de monitoreo generan señales de

advertencia, señales de disparo y valores de proceso medidos o calculados. Todos estos

datos están disponibles para el usuario si desea mostrarlos en la pantalla LCD, transferirlos

al sistema de control o transformarlos en una aplicación personalizada específica.

El UMC100.3 se puede utilizar con o sin un módulo de voltaje adicional o un módulo de

entrada analógica. Las funciones de protección disponibles sin un módulo de voltaje se

describen en la sección "Funciones de protección térmica y de corriente del motor" de igual

manera las soluciones integradas para el alto desempeño de las funciones integradas se

pueden observar claramente en la Figura 43. Soluciones integradas relé tal cual indica

claramente el control de motor, Protección motor, Diagnostico motor y comunicación.

Figura 43. Soluciones integradas relé.


53

Al igual que se mencionó anteriormente el relé tiene la particularidad de que se puede

configurar de diferentes maneras, según la configuración del sistema, necesidades y

accesorios que se necesiten, estas versátiles configuraciones ofrecen entre las

protecciones más importantes la siguiente categorización:

2.2.2.1 Funciones de protección de corriente Esta configuración de las diferentes funciones de protección basadas en la corriente del

motor del UMC. Establece que las funciones de protección y de sobrecarga electrónica,

memoria térmica y los puntos a tener en cuenta si el motor se arranca de forma cíclica (por

ejemplo, el modo de funcionamiento del motor S3).

• Arranque largo, protección del rotor bloqueado durante el arranque del motor.

• Protección contra la sobrecarga y baja corriente durante la operación normal.

• Protección contra los desequilibrios.

• Protección de pérdida de fase.

• Secuencia de fase.

• Protección de motor por termistor.

• Protección de falla de conexión a tierra con dispositivo auxiliar CEM11-FBP o internamente

calculado.

Las funciones de protección pueden estar encendidas o apagadas. Si están encendidas,

pueden accionar un disparo o una advertencia de protección (excluida la sobrecarga

térmica que está siempre activa y acciona un disparo). Para algunas funciones se puede

especificar un retardo opcional. Algunas funciones de protección solo están activas después

de la puesta en marcha del motor, mientras que otras están activas durante el arranque del motor. A continuación, en la se muestra un resumen de las funciones de protección disponibles y cuándo están

activas.

TABLA 11. FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE CORRIENTE.

Función de

protección de

corriente

Cuando está activo

Opciones

disponibles:

Disparo/advertencia/

apagado

Reinicio

automático

de fallos

posible

Retardo

Sobrecarga electrónica

Siempre Disparo Sí -

Advertencia

previa de

sobrecarga

electrónica

Siempre Advertencia - -

Rotor bloqueado Durante el

arranque

del motor

Disparo/APAGADO (800 %) - x

Corriente alta Después del

arranque del

motor


APAGADO

Retardo opcional de

los niveles de

advertencia y disparo

por separado

- x

54

Corriente baja Después del

arranque del

motor


APAGADO

Retardo opcional de

los niveles de

advertencia y disparo

por separado

- x

Desequilibrio Siempre (Corriente del motor > 25 % de I

e y las tres

fases disponibles)


APAGADO

(APAGADO = Solo junto

con la pérdida de fase)

niveles de advertencia y

disparo separados

Sí De acuerdo

con la clase

de disparo

2/3.5/6.5/9.5/

12.5 s

Protección de pérdida de fase

Siempre

(Corriente

del motor

> 25 % de

Ie)

Disparo, apagado - De acuerdo

con la clase

de disparo

1.5/3/6/9/12

s

Protección PTC Siempre Disparo, advertencia,

apagado

Sí, después de

enfriar

(excluidos

rotura de hilo y

cortocircuito

PTC)

-

Protección

de falla de

conexión a

tierra

Siempre

Después de

la puesta en

marcha

Disparo, advertencia,

apagado (255 %) niveles

de alarma y disparo

separados

- x

Corte de

carga/caída de

voltaje

Siempre

No en posición de

prueba

Consultar la subsección

de caída de voltaje

-


2.2.2.1.1 Funciones de protección de sobre carga térmica El UMC protege los motores de CA monofásicos y trifásicos en cumplimiento con la norma

IEC 60947-4-1. Las clases de disparo se pueden configurar en clase 5E, 10E, 20E, 30E o

40E como se evidencia en la Figura 44. Clases de disparo relé., La protección basada en

cálculo de modelo térmico avanzado son valor de corriente, valor de carga térmica, tiempo

de disparo (0-6533 s) y tiempo de refrigeración y la refrigeración después de sobrecarga

está conformada en Tiempo o capacidad térmica.

TABLA 12. RESUMEN DE FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE CORRIENTE RELÉ.

Función de protección de voltaje

Cuando está activo

Opciones disponibles:

Advertencia/Disparo/

Apagado/Otros

Reinicio

automático de

fallos posible

55

Sobrevoltaje:

El valor más alto de las tres

fases es superior a un umbral

dado.

Se pueden establecer los

umbrales de advertencia y

disparo, así como los retardos

respectivos.

Motor en

marcha

Motor

parado

No está en

posición

de prueba


apagado

-

Subvoltaje:

El valor más bajo de las tres

fases es inferior a un umbral

dado.




respectivos.

Motor en

marcha

Motor

parado

No está en

posición

de prueba


apagado

-

Caída de voltaje

Situación de bajo voltaje que

requiere un corte de carga

autónomoEl manejo debería

ocurrir en el UMC.

Después del

arranque del

motor

No está en

posición

de prueba

La reacción depende de

la duración de la caída

de voltaje.

-

Pérdida de fase:

Al contrario de la función de

protección de pérdida de fase

basada en la corriente, esta

función también detecta una

fase faltante en caso de que se

detenga el motor.

Una advertencia o un disparo

pueden ser señalizados antes

que el motor arranque realmente,

es decir, para detectar un fusible

fundido.

Motor en

marcha

Motor

parado

No está en

posición

de prueba


apagado

-

Desequilibrio de voltaje:

Esta función se puede utilizar

para detectar desequilibrios

de voltaje más pequeños entre

las fases.

Se pueden establecer


disparo, así como retardos en

las advertencias y disparos.

Motor en

marcha

Motor

parado

No está en

posición

de prueba


apagado

Sí, ver

parámetro

"Reinicio de

fallos

automático"

Distorsión armónica total:

Esta función mide las

distorsiones armónicas

conectadas en la red.

Motor en

marcha

Motor

parado

No está en

posición

de prueba

Advertencia -

Sobrecarga:

La potencia activa absorbida por

el motor es demasiado alta. Se

pueden establecer los umbrales

de advertencia y disparo, así

como los retardos respectivos.

Después del

arranque de

carga

No está en

posición

de prueba


apagado

-

56

Baja carga:

La potencia activa absorbida

por el motor es demasiado

baja. Se pueden establecer

los umbrales de advertencia y


respectivos.

Después del

arranque de

carga

No está en

posición

de prueba


apagado

-

Cos phi:

Una medida del ángulo de fase entre

voltaje y corriente. Se pueden

establecer los umbrales de

advertencia y disparo, así como

los retardos respectivos.

Después del

arranque de

carga

No está en

posición

de prueba


apagado

-


Figura 44. Clases de disparo relé.


Después de un disparo por sobrecarga, la cantidad de disparos restantes tiempos de

enfriamiento (=tiempo para reiniciar) se calcula periódicamente y también está disponible

para el usuario. El motor se puede reiniciar si el tiempo de enfriamiento es 200 s (Dt)=T y la

carga termina del motor calculada Ɵr (Carga térmica del motor) está entre los parámetros

que evidencia claramente la Figura 45Figura 45. Curva de sobre carga y tiempo de

refrigeración motor mostrada a continuación al igual que el diagrama de bloques del flujo

de las posibles señales de sobrecarga que se presenta en la Figura 47

Figura 45. Curva de sobre carga y tiempo de refrigeración motor.

57


• Tiempo predefinido por el usuario de cada (fixed time=200 s). Tiempo necesario para

enfriarse y estar lista para disparar nuevamente a cualquier eventualidad, la Figura 45

ilustra los posibles disparos a 400 s y 800 s, siendo la línea verde inferior el nivel de reinicio

configurado y la línea roja superior el nivel térmico del motor.

• El nuevo arranque es posible hasta después de T5.

• Recomendación: Ajuste de tiempo por % de carga térmica.

• El nivel térmico de la carga está disponible a través del panel o DTM.

Figura 46. Diagrama de bloques de flujo señales de sobrecarga.


58

2.2.2.1.2 Arranque prolongado, Protección del rotor bloqueado Esta función detecta una situación de arranque largo que es causada a partir de un rotor

bloqueado, por ejemplo. La función crea un disparo si la corriente del motor supera un

umbral de forma continua durante un período de tiempo configurable. El bloqueo de un

motor se puede producir debido a la carga excesiva del motor o debido al proceso o bloqueo

mecánico. La detección temprana y el disparo del motor protegen al sistema mecánico

accionado de un mayor daño, y al motor de la tensión térmica. Esta función solo puede

accionar un disparo. Se pueden ajustar tanto la corriente máxima permitida como el tiempo

de retardo hasta que se produce el disparo como lo indica la Figura 47

Figura 47. Ajuste de nivel de corriente y tiempo de retardo.


Las mayores prestaciones otorgadas por esta protección son:

Protección de arranques prolongados

• Cargas muy pesadas

• Atascamiento mecánico

Activo durante el arranque

Rápida protección del motor vs. Sobrecarga térmica.

Reduce el stress térmico del motor, protección del motor.

Para tener en cuenta:

• Corriente nominal (arranque normal)

59

• Tolerancia para cargas esperadas.

2.2.2.1.3 Protección por corriente alta Esta función es útil para proteger el sistema mecánico accionado de bloqueos y

sobrecargas excesivas causadas por el equipo o el proceso. La función de corriente alta

señaliza una advertencia cuando la corriente del motor supera un umbral establecido por

un período de tiempo configurable, después de la puesta en marcha del motor. La función

de corriente alta crea un disparo cuando la corriente excede un umbral configurado de forma

continua por separado para un período determinado de tiempo, después de la puesta en

marcha del motor.

2.2.2.1.4 Protección por corriente baja La función de corriente baja se acciona cuando la corriente del motor cae por debajo de un

nivel deseado. La función detecta la pérdida de succión de las bombas, cintas

transportadoras rotas, la pérdida de flujo de aire para los ventiladores, herramientas rotas

para máquinas, etc. Tales estados no dañan el motor, pero el diagnóstico precoz ayuda a

minimizar el alcance de los daños a la instalación mecánica y la subsiguiente pérdida de

producción. Los motores de baja carga extraen principalmente la corriente de

magnetización y una corriente de carga pequeña para superar las pérdidas por fricción. Por

lo tanto, la otra razón para aislar los motores de baja carga es reducir la carga reactiva en

la red de sistema de potencia. La función de corriente baja señaliza una advertencia cuando

la corriente del motor cae por debajo del nivel de advertencia por un período de tiempo

configurable, después de la puesta en marcha del motor. La función de corriente de baja

crea un disparo cuando la corriente del motor cae por debajo del nivel de disparo durante

un período de tiempo configurable, después de la puesta en marcha del motor.

Para las protecciones de corriente alta y corriente baja se puede resaltar describir de mejor

manera con la siguiente Figura 48, la cual describe claramente cómo actúan estas

protecciones.

Figura 48. Niveles de corriente umbrales de disparo y tiempos de retardo.

Fuente: Tomado de [20]

60

2.2.2.1.5 Protección de desequilibrio de fase (corriente) La función de desequilibrio de corriente indica un fallo si la relación entre la corriente de

fase más alta y más baja es superior al nivel de disparo configurado. El retardo de disparo

depende de la configuración de la clase de disparo y se muestra en la siguiente tabla.

Esta función solo se activa si la corriente promedio de las tres fases está por encima de >

25 % de la corriente nominal 𝐼𝑒 . En caso de un valor de desequilibrio extremo, podría

señalarse una pérdida de fase en su lugar, esta protección cuenta puntualmente con las

siguientes características:

Perdida de fase

• Evita el calentamiento del motor.

Desbalance de fase

• Detección de desbalance de corriente a causa de variaciones de tensión,

problemas del motor.

• Umbrales de pre-advertencia y disparo ajustables por separado.

• Se activa con el promedio de la corriente en las 3 fases.

Secuencia de fase

• Prevención de rotación equivocada (bandas transportadoras, trituradores…

• Importante Unidades móviles.

2.2.2.2 Protección de falla de conexión a tierra La función de protección de falla de conexión a tierra protege el motor y la red contra el flujo

de corriente a tierra. Las fallas de conexión a tierra son causadas principalmente debido al

envejecimiento del aislamiento, el deterioro del aislamiento debido a la sobrecarga

sostenida o cíclica, la humedad o el polvo conductor. El monitoreo de la falla de conexión a

tierra se lleva a cabo con la ayuda del dispositivo auxiliar CEM11 o basado en un cálculo

interno de la corriente de falla de conexión a tierra del UMC100.3 como lo muestra la Figura

49 se puede utilizar para interrumpir el motor y evitar daños mayores, o para alertar al

personal de mantenimiento que realice mantenimiento oportuno.

Protección basada en dispositivo de detección de fallas de conexión a tierra externo CEM11

El dispositivo CEM11 monitorea si la suma de las tres corrientes de fase es cero. Está

utilizando un transformador de corriente a través del cual se alimentan las 3 fases. La salida

de señalización de CEM11 se puede conectar a una de las entradas multifunción del UMC.

La señal de falla de conexión a tierra se puede retrasar opcionalmente. También es posible

suprimir la falla de conexión a tierra durante la fase de puesta en marcha del motor.

61

Figura 49. Modo de conexión relé protección falla a tierra.


Para realizar este tipo de protección con el relé UMC 100.3 se deben tener en cuenta

aspecto fundamentales como tiempo de retardo de múltiples funciones y entradas múltiples

de 0, 1 o 2, al igual que estos 5 parámetros y su correspondiente Figura 50.

1. Seleccione el modelo de CEM11 que se adapte a sus necesidades de aplicación. Hay

cuatro modelos diferentes disponibles con agujeros pasantes de 35 mm a 120 mm.

2. Conecte el CEM11 a una de las entradas multifunción DI0, DI1 o DI2 y de alimentación

de 24 V CC.

3. Configure la entrada multifunción correspondiente como entrada de falla de conexión a

tierra predeterminada. Puede seleccionar si la supervisión de falla de conexión a tierra se

suprime durante el arranque del motor o no.

4. Opcionalmente, se puede configurar un tiempo para retrasar la creación de un fallo o de

una advertencia. Se puede ajustar de 0.1 a 25.5 s.

5. Configure el umbral cuando una falla de conexión a tierra debe ser señalada. El umbral

se puede fijar directamente en el mismo monitor de falla de conexión a tierra (CEM11).

Consulte el manual técnico CEM11 para más detalles.

62

Figura 50. Diagrama protección falla a tierra.


Existe otra manera de realizar la protección de falla a tierra para el relé UMC, esta es la

función de detección de fallas de conexión a tierra interna indica una advertencia cuando la

corriente de falla de conexión a tierra supera un umbral establecido por un período de

tiempo configurable, después de la puesta en marcha del motor. La función de detección

de falla de conexión a tierra crea un disparo cuando la corriente excede de forma continua

un umbral establecido por separado para un período determinado de tiempo, después de

la puesta en marcha del motor, el diagrama de dicha protección se relaciona a continuación

en la Figura 51.

Figura 51. Modo de protección de falla a tierra por conexión interna.

63


2.2.2.2.1 Protección de pérdida de fase (corriente) Esta función protege los motores contra la situación extrema en la que se pierde una fase

completa. Una pérdida de fase no detectada puede causar daños en el motor debido a la

repentina subida de la corriente en las dos fases restantes. Así, la protección de sobrecarga

térmica realiza un disparo acelerado durante la pérdida de fase. Esta función se basa en la

corriente del motor y detecta una pérdida de fase mientras el motor está en marcha.

2.2.2.2.2 Protección de secuencia de fase Esta función de protección actúa para evitar una dirección de rotación incorrecta de los

equipos conectados, por ejemplo, cuando se conduce una trituradora o una transportadora.

Si esta función está activa, la protección de los cables del motor debe tener un orden

definido, que es de izquierda a derecha. El orden correcto está impreso en la carcasa del

UMC100.3. Asegúrese de que los contactores se monten después del UMC para garantizar

que no se cambie la secuencia de fases al cambiar los contactores (arrancador REV).

2.2.2.3 Funciones de protección de tensión En esta sección se describen las funciones de protección del motor basadas en voltaje. El

UMC100.3, junto con el módulo de voltaje VI150/VI155, mide constantemente el voltaje de

alimentación del motor (línea a línea), la corriente del motor y el ángulo de fase entre la

corriente y el voltaje. El consumo de energía y la energía se calculan de estos valores y se

utiliza para diversas funciones de protección y monitoreo. Los diferentes valores de proceso

pueden ser reportados al bus de campo y se muestran en el panel LCD.

Las siguientes funciones se describen en esta sección:

• Sobre voltaje, sub-voltaje

• Pérdida de fase

• Desequilibrio de voltaje

• Distorsión armónica total

• Sobrecarga, carga baja

• Factor de potencia

• Reacción de la caída de voltaje

A continuación, en la siguiente TABLA 13. RESUMEN DE FUNCIONES DE PROTECCIÓN

DE TENSIÓN RELÉ se muestra un resumen de las funciones de protección disponibles y

cuándo están activas.

64

TABLA 13. RESUMEN DE FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE TENSIÓN RELÉ.

Función de

protección de

corriente

Cuando está

activo

Opciones disponibles:


apagado

Reinicio

automático de

fallos posible

Retardo

Sobrecarga

electrónica

Siempre Disparo Sí -

Advertencia

previa de

sobrecarga

electrónica

Siempre Advertencia - -

Rotor

bloqueado

Durante el

arranque del

motor

Disparo/APAGADO (800

%)

- x

Corriente alta Después del

arranque del

motor


APAGADO

Retardo opcional de los


disparo por separado

- x

Corriente baja Después del

arranque del

motor


APAGADO

Retardo opcional de los


disparo por separado

- x

Desequilibrio Siempre

(Corriente del

motor > 25 % de

Ie y las tres

fases

disponibles)


APAGADO

(APAGADO = Solo junto

con la pérdida de fase)


disparo separados

Sí De acuerdo con

la clase de

disparo

2/3.5/6.5/9.5/

12.5 s

Protección de

pérdida de fase

Siempre

(Corriente del

motor > 25 % de

Ie)

Disparo, apagado - De acuerdo con

la clase de

disparo

1.5/3/6/9/12 s

Protección

PTC

Siempre Disparo, advertencia,

apagado

Sí, después de

enfriar

(excluidos

rotura de hilo y

-

65

cortocircuito

PTC)

Protección de

falla de

conexión a

tierra

Siempre

Después de la

puesta en

marcha


apagado (255 %) niveles

de alarma y disparo

separados

- x

Corte de

carga/caída de

voltaje

Siempre

No en posición

de prueba

Consultar la subsección

de caída de voltaje

-


Tabla 14. Resumen de funciones de protección de tensión relé. [19]

Función de protección de voltaje Cuando está

activo

Opciones

disponibles:

Advertencia/Disparo/

Apagado/Otros

Reinicio

automático de

fallos posible

Sobrevoltaje:

El valor más alto de las tres fases

es superior a un umbral dado.


umbrales de advertencia y disparo,

así como los retardos respectivos.

Motor en marcha

Motor parado

No está en

posición de

prueba

Disparo,

advertencia,

apagado

-

Subvoltaje:

El valor más bajo de las tres fases

es inferior a un umbral dado.


umbrales de advertencia y disparo,

así como los retardos respectivos.

Motor en marcha

Motor parado

No está en

posición de

prueba

Disparo,

advertencia,

apagado

-

Caída de voltaje

Situación de bajo voltaje que

requiere un corte de carga

autónomo. El manejo debería

ocurrir en el UMC.

Después del

arranque del

motor

No está en

posición de

prueba

La reacción depende

de la duración de la

caída de voltaje.

-

66

Pérdida de fase:

Al contrario de la función de

protección de pérdida de fase

basada en la corriente, esta

función también detecta una fase

faltante en caso de que se detenga

el motor.

Una advertencia o un disparo

pueden ser señalizados antes que

el motor arranque realmente, es

decir, para detectar un fusible

fundido.

Motor en marcha

Motor parado

No está en

posición de

prueba

Disparo,

advertencia,

apagado

-

Desequilibrio de voltaje:

Esta función se puede utilizar para

detectar desequilibrios de voltaje

más pequeños entre las fases.

Se pueden establecer umbrales de


retardos en las advertencias y

disparos.

Motor en marcha

Motor parado

No está en

posición de

prueba

Disparo,

advertencia,

apagado

Sí, ver

parámetro

“Reinicio de

fallos

automático"

Distorsión armónica total:

Esta función mide las distorsiones

armónicas conectadas en la red.

Motor en marcha

Motor parado

No está en

posición de

prueba

Advertencia -

Sobrecarga:

La potencia activa absorbida por el

motor es demasiado alta. Se

pueden establecer los umbrales de



Después del

arranque de

carga

No está en

posición de

prueba

Disparo,

advertencia,

apagado

-

Baja carga:

La potencia activa absorbida por el

motor es demasiado baja. Se

pueden establecer los umbrales de



Después del

arranque de

carga

No está en

posición de

prueba

Disparo,

advertencia,

apagado

-

67

2.2.2.3.1 Distorsión armónica total Esta función mide las distorsiones armónicas conectadas en la red y proporciona un valor

para la distorsión armónica total THD. Las distorsiones armónicas pueden ser causadas por

los accionadores de velocidad variable u otros dispositivos electrónicos. Los armónicos

altos pueden dar lugar a la degradación acelerada del aislamiento y la pérdida de la vida

útil de un motor. En caso de distorsión por encima del nivel de advertencia ajustable, se

recomienda comprobar la red de alimentación para detectar equipos fallados o ruidosos. El

THD se define como la relación de la suma de las potencias de todos los componentes

armónicos y la potencia de la frecuencia fundamental. Un umbral puede ajustarse para

accionar una advertencia si el THD es demasiado alto.

2.2.2.3.2 Factor de potencia y supervisión de potencia El factor de potencia y la potencia activa son valores importantes para detectar situaciones

de subcarga o sin carga en aplicaciones en las que un cambio de la carga no se refleja

igualmente en un cambio de la corriente del motor (por ejemplo, bombas pequeñas, cintas

transportadoras, etc.). Para la supervisión del factor de potencia están disponibles una

advertencia y un umbral de disparo. El factor de potencia junto con la corriente del motor y

el voltaje de alimentación son la base para calcular la potencia real consumida por el motor.

Los umbrales de advertencia y disparo se pueden establecer para la supervisión tanto de

sobre potencia como de baja potencia. Las funciones del factor de potencia y supervisión

de potencia están inhabilitadas en posición de prueba y si se detecta una caída de voltaje.

Un tiempo de bloqueo ajustable está disponible para inhibir las funciones de supervisión de

carga después del inicio de la carga. Esto puede ser usado por ejemplo para permitir que

una bomba origine presión antes de que se active la protección de la energía. El siguiente

diagrama muestra la puesta en marcha de un motor y la activación de la función de

protección de baja carga como se indica claramente la Figura 52.

Figura 52. Protección de arranque de carga y supervisión de potencia.


68

El tiempo de retardo de arranque de carga permite retrasar las funciones de protección de

baja potencia en el arranque. Esto puede ser usado, por ejemplo, para permitir que una

bomba origine presión antes de que se active la protección de baja energía.

2.2.2.4 Funciones de protección adicionales Adicional a las funciones de protección expuestas anteriormente, el relé también cuenta

con unas funciones adicionales como los muestra claramente la Figura 53. Sistema de

control con protecciones adicionales relé

- Temperatura del motor

- Supervisión de nivel

- Supervisión de voltaje/corriente

- Detección de falla a tierra

- Desbalance

- Secuencia de fase

2.2.2.4.1 Equipos de soporte - Fuentes de alimentación

- Transformadores de corriente

- Temporizadores

Figura 53. Sistema de control con protecciones adicionales relé.


69

2.2.3 Ajustes comunicación inteligente (redes y bus de campo) La forma más simple y fácil es montar la interfaz de comunicación directamente en el

UMC100.3, en este caso, la interfaz es alimentada del UMC100.3 y la combinación se

comporta como un controlador del motor con una comunicación integrada, esta solución se

adapta mejor para proyectos que utilizan CCM’s de arranques de tipo fijo como lo muestra

la Figura 54. Interfaz de comunicación directa de módulo UMC 100.3

Figura 54. Interfaz de comunicación directa de módulo UMC 100.3.

.


El relé se establece una comunicación vía el FiedBusPlug a:

PROFIBUS DP (2-125)

DeviceNet (2-64)

Modbus RTU

CANopen (1-127)

Modbus TCP

Una sola versión del UMC100.3 para todas las redes de bus de campo y total protección y

control del motor aún con alguna falla del bus de campo, también cuenta con interface de

bus de campo y UMC100.3 pueden ser montadas separadas, perfectas para aplicaciones

de CCM´s como se puede mostrar en la Figura 55. Interconexión de los diferentes buses

de campo separadas a continuación.

70

Figura 55. Interconexión de los diferentes buses de campo separadas.


Buses de campo relevantes con los que cuenta:

PROFIBUS DP V0/V1 PDP22, PDQ22

Modbus RTU MRP21

Ethernet Modbus TCP MTQ22

DeviceNet DNP21

CANopen COP21

Separación del Nodo y del equipo.

Solución compacta para conectar bus de campo a controlador de motores dentro de la

gaveta como lo muestra la Figura 55

El nodo permanece en funcionamiento mientras la gaveta es cambiada o reparada.

Versatilidad de separar Bus de campo de las gavetas extraíbles del CCM, realizando

una conexión de punto común a su costado como lo muestra claramente la Figura 57

Figura 56. Solución de gaveta con arranque inteligente.

71


Figura 57. Gavetas con arranque inteligente y conexión de bus agrupada.


► Flujo de lógica para comunican:

Para los requerimientos de comunicación del relé inteligente UMC 100.3 es posible crear

una adaptación óptima de la función de control con la ayuda de las diferencias accesorios

expuestos anteriormente. Todas las funciones de control integradas se separan en lógica

72

predefinida que es la más implementada y la lógica que requiere una programación

específica, esto se puede apreciar claramente en la siguiente tabla.

TABLA 15. CARACTERÍSTICAS DE COMUNICACIÓN LÓGICAS Y POR

PROGRAMACIÓN.

Requerimientos comunes

Lógica predefinida ( 80%) Lógica que requiere programación (20%)

Configuración UMC100 con - LCD Panel - GSD, EDS -HWD -DTM - No se necesita programación

-Cambio de la lógica de control con bloques. -Descargar aplicación - Cambio de parámetros en bloque por configuración simple.


2.2.4 Usos del relé Para evitar alguna parada de motor inesperada

- Detectando problemas de manera temprana.

- Total, información del estado del motor es requerida.

Minimizar los tiempos muertos en caso de alguna parada del motor inesperada.

- Mediante un diagnóstico rápido y fácil de entender.

Usos específicos

- Protección del motor.

- Control del motor.

- Control de motor extendido.

- Estaciones de control y modos de operación.

- Estado del motor/comunicación.

- Información de funcionamiento.

- Información de servicio.

- Información de diagnóstico.

- Comunicación abierta.

73

2.2.5 Funcionalidades, Aplicaciones y beneficios

2.2.5.1 Funcionalidades - Cada cubículo está conectado directamente a un motor.

- Los cubículos cuentan con paneles de control con botones de arranque y parada de

funcionamiento.

- Según se requiera los motores se arrancados o detenidos directamente desde el

cubículo que le corresponda.

- Dentro de los cubículos existen sistemas de corte de energía que permiten

desactivar los motores en caso de emergencia.

- Dependiendo de las maquinas que se necesiten utilizar los motores accionan

independientemente facilitando su control y mantenimiento.

2.2.5.2 Aplicaciones

2.2.5.2.1 Formas - Alimentadores.

- Arranque reversible.

- Arranque directo.

- Arranque estrella – triangulo.

- Arranque suave.

- Variador de velocidad.

- Corrección del factor de potencia.

2.2.5.2.2 Tipos de industria - Industria del petróleo y gas.

- Plantas de cemento.

- Industria del acero.

- Minería.

- Industria química.

- Suministro de agua y distribución.

- Plantas de energía.

- Industria de alimentos y bebidas.

- Plantas de pulpa y papel.

2.2.5.3 Beneficios - Automatización del funcionamiento del motor.

- Mínimo costo de supervisión.

- Capacidad de operar individualmente los motores.

- Efectivas medidas de seguridad.

- Protección de los motores antes eventualidades como variaciones de energía, fallas

o posibles descargas.

2.2.6 Características técnicas y aplicativas de relé UMC 100.3

Para presenta el resumen de las características técnicas y aplicaciones que contiene el relé

UMC 100.3, se opta por plasmar dicho resumen en un anexo, llamado Anexo B. Por favor

diríjase al Anexo B para verificar la información.

74

2.3 LISTA DE CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES DE UN

CENTRO DE CONTROL DE MOTORES CON IMPLEMENTACIÓN DE

ARRANQUES MOTOR POR MEDIO DE RELÉS INTELIGENTES UMC

La Figura 58 y Figura 59 presentadas a continuación relacionan brevemente las

características técnicas y funcionales de las cuales estaría compuesto un CCM en caso de

implementar el relé inteligente UMC 100.3; para ver a fondo las características

mencionadas diríjase al Anexo C.

Figura 58 Características funcionales.

Fuente: Elaboración propia.

75

Figura 59 Funciones específicas UMC 100.3

Fuente: Elaboración propia.

El CCM podrá quedar equipado con las siguientes funciones específicas :

Protección del motor

– El UMC100.3 proporciona completa protección al motor

– La protección de sobrecarga para motores de corriente

alterna monofásica y trifásico según EN/IEC 60947-4-1

– Corrientes nominal del motor de 0,24 a 63 A con sistema

de medición integrado en una única versión

Control del motor

– Arranque Directo, reversible, estrella-triangulo

– Reversión de giro / Polos conmutables Dahlander

– Modo de arranque suave

Control de motor extendido

– Programación libre para las funciones de control especiales,

específicas de la aplicación

Estaciones de control y modos de operación

Información de funcionamiento

Información de funcionamiento con el módulo de voltaje VI150/VI155

Información de servicio

Información de diagnóstico

76

3 REALIZAR UN CUADRO COMPARATIVO ENTRE UN ARRANQUE DE

MOTOR CONVENCIONAL Y UN ARRANQUE MOTOR INTELIGENTE POR

MEDIO DE UN RELÉ UMC APLICADO EN EL SECTOR OIL AND GAS.

Arrancar un motor eléctrico de manera directa plantea desafíos, entre los que figuran las

intensidades de arranque elevadas y los esfuerzos mecánicos a los que se ven sometidos

los equipos. Esto deriva en elevados costes de instalación, mantenimiento y energía. [21]

En la tarea de arrancar un motor de la manera simple y adecuada existen diferentes

maneras de realizarlo desde una aplicación simple considerando en conectar directamente

a la red, a través de un interruptor, contactor. También existen implementaciones que con

los mismos elementos de base en la composición están equipadas de complementos con

muchas opciones para personalizar las funcionalidades de este con el objetivo de sacar el

máximo rendimiento al arrancador progresivo según sus necesidades del usuario final.

Antes de comenzar a realizar el desglose del arranque directo convencional y el arranque

inteligente para después realizar la comparación mediante un cuadro comparativo es

necesario indicar cuál es el procedimiento para poder seleccionar el arranque que se

necesita para el propósito establecido, este se realizar con los siguientes parámetros.

► Parámetros eléctricos básicos

- Tipo de tensión AD/DC/Fhz

- Corriente de carga normal y Corriente que conducirá

- Número de polos

- Señales auxiliares necesarias o necesidades eléctricas particulares

- Característica de disparo requerida

► Características requeridas

- Factor de forma mecánica (por ejemplo, raíl DIN, montaje en panel, independiente,

etc.) o restricción de tamaño.

- Método de conexión (por ejemplo, terminales de cuchilla, espárrago o tornillo,

conectores redondos o pasadores de soldadura)

- Se requieren características adicionales (por ejemplo, un disparo manual, reinicio

manual o automático, detección de falla de arco, detección de falla a tierra)

► Consideraciones operacionales

- Condiciones ambientales (temperatura máxima de funcionamiento, choque,

vibración, altitud, corrosión, radiación ionizante, etc.)

- Aprobaciones de seguridad requeridas

- Requisitos específicos de la industria (por ejemplo, automotriz, aviación, médica,

operación peligrosa, MIL STD, etc.)

► Ajustes tradicionales

Equipos separados para el control, la supervisión y el procesamiento de las señales.

- Montaje y cableado de relés de sobrecarga, termistores, conversores de corriente,

etc.

- Cableado del circuito de control.

- Cableado y montaje de equipos de señalización y mando (pulsadores)

77

3.1 INFORMACIÓN DETALLADA SOBRE UN ARRANQUE DIRECTO TÍPICO

CONVENCIONAL QUE SE IMPLEMENTE EN UN CCM. Con este sistema el motor convencional directo se absorbe una corriente de arranque que

oscila de 3 a 7 veces la intensidad nominal, el par de arranque es siempre superior al par

nominal y permite el arranque rápido de una maquina a plena carga. La ventaja que tiene

es la simplicidad del material necesario para la puesta en marcha y un par de arranque muy

energético. El inconveniente es la elevada corriente de arranque que, por lo tanto, puede

provocar una caída de tensión, la cual deberá tenerse en cuenta, pues se debe limitará un

5 % con objeto de tener un buen cierre de los elementos de conexión (interruptores,

contactores, etc.) y no disminuir el par de arranque. Las protecciones contra sobrecargas y

cortocircuitos deben soportar la corriente de arranque sin perder su eficacia durante el

funcionamiento del motor. Este sistema debe limitarse a motores de baja potencia. [22]

3.1.1 Sistema de arranque directo convencional que se implemente en un

CCM. El arranque directo representa el sistema más simple y económico para arrancar el motor

asíncrono y es tradicionalmente el más utilizado, este sistema se evidenciase muestra en

la Figura 60. Para establecer una buena comparación entre los dos tipos de modalidad de

arranque directo se deben tener en cuenta los aspectos relacionados a continuación.

Figura 60. Diagrama de potencia típico para arranque directo.


► Características representativas

La manera más simple de arrancar un motor es conectar al mismo motor directamente a

sistema de alimentación “la red”. En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa

como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula de poca resistencia del rotor,

78

está en cortocircuito. La corriente inducida en el rotor es importante al igual que la corriente

primaria y la secundaria las cuales son prácticamente proporcionales. Se obtiene una punta

de corriente importante en la red: I arranque = 5 a 8 I nominal y el par de arranque medio

es: I arranque = 0,5 a 1,5 I nominal. [24]

El arranque directo tiene una serie de ventajas:

- Sencillez del equipo

- Elevado par de arranque

- Arranque rápido

- Bajo costo

A pesar de las ventajas que conlleva, sólo es posible utilizarle en los siguientes casos:

- La potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las

perturbaciones que provoca la corriente solicitada.

- La máquina accionada no requiere un aumento progresivo de velocidad y dispone

de un dispositivo mecánico que impide el arranque brusco.

- El par de arranque debe ser elevado.

El arranque directo tiene una serie de desventajas:

- Los efectos de las altas corriente generadas pueden identificarse en los elevados

esfuerzos electrodinámicos de los cables de conexión al motor y podrían afectar

incluso a los devanados del propio motor;

- Genera elevados pares iniciales de arranque que pueden dar lugar a violentas

aceleraciones que repercuten en esfuerzos sobre los elementos de transmisión

(correas y juntas mecánicas) generando problemas en la distribución con la

consecuente reducción de la vida mecánica de los componentes.

- Puede presentar eventuales problemas de naturaleza eléctrica por caídas de la

tensión en la línea de alimentación del motor o de los accesorios conectados al

mismo sistema.

- Crea un estrés térmico en los devanados del motor y, solo brevemente, fuerzas

electrodinámicas momentáneas. Con frecuencia, el arranque directo reduce la vida

de los devanados de un motor estándar.

Por el contrario, será imprescindible recurrir a algún procedimiento para disminuir la

corriente solicitada o el par de arranque, siempre que:

- La caída de tensión provocada por la corriente solicitada puede perturbar el buen

funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma red.

- La máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas.

- La seguridad o la comodidad de los usuarios se vea comprometida.

La variación de la tensión de alimentación tiene las siguientes consecuencias:

- La corriente de arranque varía proporcionalmente a la tensión de alimentación.

- El par de arranque varía proporcionalmente al cuadrado de la tensión de

alimentación

79

Funciones y equipos con los que puede contar el sistema de arranque directo

convencional:

FUNCIONES DE PROTECCIÓN

- Sobrecarga

- Corto circuito

- Pérdida de fase

EQUIPOS

- Guardamotores

- Relés térmicos y electrónicos de baja tensión

- Contactores

- Fusibles

Comportamiento del arranque del motor

Para los motores que ocasionalmente sobrepasan los 60 A de corriente de arranque y

motores con una intensidad de arranque de más de 30 A que causan alteraciones en la red

pública, como por ejemplo los arranques pesados, alta frecuencia de conmutación o

variación en el consumo (ascensores, sierras de corte), se deben tomar medidas

alternativas para las variaciones disruptivas de tensión. Los motores con potencias de más

de 4 kW y tensiones nominales de 400/690 V pueden arrancarse usando una configuración

estrella triangulo, este comportamiento lo evidencia la figura evidenciada anteriormente.

Figura 61. Curvas características de arranque motor típico.


Los datos nominales de potencia eléctrica y mecánica del punto óptimo de trabajo deben

estar especificados en la placa de características del motor. Los datos de la operación son

inestables durante el proceso de arranque (proceso de aceleración). La unidad solo será

estable en el punto óptimo de trabajo (Mm), como lo explican las siguientes Figura 62.

Curvas características comportamiento motor ante arranque directo., Figura 61Figura 61.

Curvas características de arranque motor típico. La cual muestra claramente el

80

comportamiento de un motor en cuenta a corriente, velocidad, par en condiciones normales

de operación directa inicial.

Figura 62. Curvas características comportamiento motor ante arranque directo.


IA = Intensidad de arranque

IN = Intensidad nominal en el punto de trabajo

MA = Par de arranque

MB = Par de aceleración (Mm >ML)

MK = Máximo valor del par

ML = Par de carga

Mm = Par de motor (punto de trabajo)

Mn = Par nominal de carga

N = Velocidad Valor actual

Nn = Velocidad Nominal de punto de trabajo

Ns = Velocidad de sincronización

► Componentes primordiales para su composición y accesorios adicionales.

Los motores con arranque directo absorben una gran punta de corriente en el momento del

arranque, del orden de 4,5 a 7 veces la intensidad nominal y esto produce un par de

arranque del orden de 1,5 a 2 veces el par nominal, lo que permite arrancar estos motores

a plena carga. [25]

81

El esquema típico se mejora con elementos de protección como son un guardamotor o

interruptor magneto térmico para proteger el motor contra sobre intensidades y

cortocircuitos y un relé térmico para proteger el motor de sobrecalentamientos. Todos los

componentes de un automatismo como el de los motores trifásicos los puedes ver

explicados en la siguiente Figura 63.

Figura 63. Diagrama de potencia y control arranque directo.


Etapa de protección

Guardamotor / relé térmico o Interruptor termomagnético

El guardamotor es un dispositivo electromecánico exclusivo para el comando de motores

que se compone de un relé térmico + un contactor, De esta manera se puede energizar

manualmente (o por línea) desde una botonera de arranque y parada. Las características

principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores automáticos

magnetotérmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la curva de

disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como,

en algunos casos, frente a falta de fase. Se evidencia en la Figura 64. Guarda motor ABB.

Figura 64. Guarda motor ABB.

82


El Relé de sobrecarga se conoce como interruptores protectores de motor en combinación

con un módulo de conexión. El sinónimo de esto es el PKZM. En la alimentación del motor,

este protege la conmutación (contactor DILM), la acometida y los devanados del motor

contra su destrucción debido a una sobrecarga térmica (rotor bloqueado) y cortocircuito,

aun cuando tengamos una pérdida de fase (L1, L2, L3). Para este propósito, debemos

establecer en el interruptor protector de motor la corriente nominal del motor y los cables

de conexión deben de estar calculados para este valor. Se evidencia en la Figura 65. Relé

de sobre carga.

Figura 65. Relé de sobre carga.


La selección de un interruptor protector adecuado es decisiva para la seguridad del

funcionamiento y de la vida útil del motor. La combinación de arranque de motor (MSC)

ofrece una solución ideal para el arranque directo del motor. El MSC en su diseño estándar

83

consiste en un interruptor protector de motor PKZM0 y un contactor DIL enchufables. En la

versión MSCDE, el interruptor protector de motor PKE para corrientes de motor de hasta

65 A, ofrece una alternativa innovadora a las soluciones bimetálicas (PKZM0). Con su alto

nivel de flexibilidad y los mismos accesorios, el MSCDE cumple con todas las demandas

del cliente. Se evidencia en Figura 66.

Figura 66. Interruptor termo magnético.


Etapa de control

(Contactor, contactos auxiliares, Pulsadores, selectores.

El contactor es un equipo eléctrico de mando a distancia, que puede cerrar o abrir circuitos,

ya sea en vacío o en carga. Es la pieza clave del automatismo en el motor eléctrico. Su

principal aplicación es la de efectuar maniobras de apertura y cierra de circuitos eléctricos

relacionados con instalaciones de motores. Se evidencia en la Figura 67.

Figura 67. Contactor eléctrico.

84


Los pulsadores o botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo,

permiten el flujo de corriente mientras son accionados, cuando ya no se presiona sobre él

vuelve a su posición de reposo. Puede ser un contacto normalmente abierto en reposo NA

(Normalmente abierto), o con un contacto NC (normalmente cerrado) en reposo. Se

evidencia en la Figura 68

Figura 68. Pulsador eléctrico.


Un selector eléctrico rotativo tiene la función de abrir o cerrar contactos de acuerdo con una

posición seleccionada de manera manual, en el momento de accionar el selector cambiara

de modos los contactos en su interior para de esta manera enviar o retener una señal en el

circuito eléctrico al que está asociado. Se evidencia en la Figura 69

Figura 69. Selector Eléctrico.

85


3.2 INFORMACIÓN DETALLADA SOBRE UN ARRANQUE INTELIGENTE QUE

SE IMPLEMENTE EN UN CCM. Los CCM equipados con relé inteligentes UMC 100.3 marca ABB dotan al sistema de

muchas características enfocadas a la eficiencia, seguridad y productividad muy necesarias

en el sector Oil And Gas ya que este sector requiere soluciones de monitorización que

permita a los operadores conocer completamente sus pozos y controlar las condiciones de

funcionamiento de sus motores para ayudar a minimizar el tiempo de interrupción de la

producción e incrementar el tiempo de funcionamiento del equipo y optimización de

producción.

La implementación de un arranque directo que posea un relé UMC proporciona una

protección completa del motor, incluye detección de fallos de fase, protección del motor

ajustable para motores estancados durante el arranque o la operación normal, límites de

corriente configurables para generar disparos o advertencias, entre otras. Las diferentes

funciones de protección y de monitoreo generan señales de advertencia, señales de disparo

y valores de proceso medidos o calculados.

Este arranque inteligente se puede utilizar con o sin un módulo de voltaje adicional o un

módulo de entrada analógica. Las funciones de protección disponibles sin un módulo de

voltaje se describen en la sección "Funciones de protección térmica y de corriente del motor

desarrolladas en el objetivo número 1 (numero 2.2),

3.2.1 Sistema de arranque directo inteligentes que implemente relé UMC

100.3 en un CCM. ► Parámetros básicos de arranque y parada

Desde las estaciones de control (es decir, la fuente de comandos) se pueden enviar

comandos de arranque/parada al UMC, como lo ilustra la Figura 70. Se admiten cuatro

estaciones de control:

- Entradas digitales: Permite que el motor se controle desde un panel de control con

botones pulsadores, por ejemplo, montado localmente al motor.

86

- DCS/PLC: Los comandos se transfieren a través de telegramas cíclicos de

comunicación desde el controlador de proceso a través del bus de campo al UMC.

El UMC utiliza el perfil de arrancador de motor PNO que define el significado de

cada bit en los telegramas cíclicos.

- Panel LCD: Permite el control a través de los botones del UMC-PAN generalmente

montado en la puerta del gabinete de conmutación.

- Herramienta de servicio: Permite que los comandos de control se emitan a

través de servicios de comunicación acíclicos del bus de campo. Por

ejemplo, el UMC DTM utiliza este canal de comunicación.

Para cada estación de control puede configurar si una orden de arranque y/o parada es

aceptada por el UMC.

Figura 70. Interfaz arranque/Parada arranque motor inteligente.

Fuente. Elaboración

propia.

► Funciones de protección inteligentes del arranque

Corriente

- Protección contra la sobrecarga y baja corriente durante la operación normal

- Protección contra los desequilibrios

- Protección de pérdida de fase

- Secuencia de fase

- Protección de motor por termistor

- Protección de falla de conexión a tierra con dispositivo auxiliar CEM11-FBP o

internamente calculado

Protección de falla de conexión a tierra

87

- Protección de pérdida de fase

- Protección de secuencia de fase

Funciones de protección de tensión

- Sobrevoltaje, subvoltaje

- Pérdida de fase

- Desequilibrio de voltaje

- Distorsión armónica total

- Sobrecarga, carga baja

- Factor de potencia

- Reacción de la caída de voltaje

► Soluciones integradas del arranque

Las múltiples funciones integradas para realizar arranque de tipo inteligente garantizan una

variedad de segmentos en los que puede estar implementada con gran variedad entre los

sistemas de control, señales locales o externas por sensores como lo ilustra la Fuente.

Elaboración Propia.

- Control de motor

- Protección de motor

- Diagnóstico de motor

- Comunicación

► Soluciones avanzadas de arranque

Las soluciones avanzadas que puede ofrecer este tipo de arranque de manera directa son

múltiples, vinculando los equipos mencionados en la Figura 53. Se puede ofrecer estas

funciones de protección adicionales.

- Temperatura del motor

- Supervisión de nivel

- Supervisión de voltaje/corriente

- Detección de falla a tierra

- Desbalance

- Secuencia de fase

Equipos de soporte:

Fuentes de alimentación

Transformadores de corriente

Temporizadores

► El relé se establece una comunicación vía el FiedBusPlug a:

PROFIBUS DP (2-125)

DeviceNet (2-64)

Modbus RTU

CANopen (1-127)

88

Modbus TCP

► Beneficios implementación de arranque

- Automatización del funcionamiento del motor

- Mínimo costo de supervisión

- Capacidad de operar individualmente los motores

- Efectivas medidas de seguridad

- Protección de los motores antes eventualidades como variaciones de energía, fallas

o posibles descargas.

► Tipo de Instalación

A los sistemas de tipo inteligente con la tecnología del relé UMC 100.3 se les puede realizar

dos tipos de instalación según sea la necesidad del usuario final, esta dos son:

- Montaje directo

La forma más simple y fácil es montar la interfaz de comunicación directamente en el

UMC100.3. En este caso, la interfaz es alimentada del UMC100.3 y la combinación se

comporta como un controlador del motor con una comunicación integrada. Esta solución se

adapta mejor para proyectos que utilizan instalaciones fijas. El montaje se puede evidenciar

en la Figura 54.

- Montaje separado

Las interfaces de comunicación también pueden montarse por separado del UMC100.3 en

el compartimiento de cables de un MCC. La interfaz está montada sobre un adaptador

SMK3. La conexión a la UMC100.3 se realiza a través de un cable serial simple. Esta

solución tiene varias ventajas en las cada vez más usadas instalaciones extraíbles.

Evita las derivaciones en el bus de campo que normalmente reducen el rendimiento y la

velocidad de transmisión de este.

Sustitución rápida de una gaveta debido a direccionamiento automático.

Figura 71. Instalación tipo separado para gavetas extraíbles.

89


- Beneficios

Switch Ethernet integrado con dos puertos

La topología de anillo proporciona redundancia en el lado de Ethernet

El protocolo utilizado MRP es bastante común y estandarizado según EN/IEC 62439-2

No existe desconexión de la red cuando se sacan las gavetas.

Sin cables Ethernet dentro de la gaveta.

Cableado simple y conexión hacia la gaveta.

3.3 IDENTIFICACIÓN DE LAS DIFERENCIAS TÉCNICAS ENTRE UN

ARRANQUE CONVENCIONAL MARCA ABB Y UN ARRANQUE CON RELÉ

INTELIGENTE UMC PARA EL SECTOR OIL AND GAS

A continuación se presenta las diferencias técnicas en la TABLA 16. DIFERENCIAS

TÉCNICAS Y FUNCIONALES ENTRE UN ARRANQUE CONVENCIONAL MARCA ABB Y

UN ARRANQUE CON RELÉ INTELIGENTE UMC.TABLA 16

TABLA 16. DIFERENCIAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES ENTRE UN ARRANQUE

CONVENCIONAL MARCA ABB Y UN ARRANQUE CON RELÉ INTELIGENTE UMC.

CARACTERÍSTICAS

OFRECIDAS AL SISTEMA

ARRANQUE DIRECTO

ESTANDAR CONVENCIONAL

ARRANQUE INTELIGENTE POR MEDIO

DE RELÉ UMC 100.3

Corriente

90

PROTECCIONES ELÉCTRICAS OFRECIDAS

- Sobrecarga - Corto circuito - Pérdida de fase

- Protección contra la sobrecarga y baja corriente durante la operación normal

- Protección contra los desequilibrios - Protección de pérdida de fase - Secuencia de fase - Protección de motor por termistor - Protección de falla de conexión a

tierra con dispositivo auxiliar CEM11-FBP o internamente calculado

Protección de falla de conexión a tierra - Protección de pérdida de fase - Protección de secuencia de fase

Funciones de protección de tensión - Sobrevoltaje, subvoltaje - Pérdida de fase - Desequilibrio de voltaje - Distorsión armónica total - Sobrecarga, carga baja - Factor de potencia - Reacción de la caída de voltaje

APLICACIONES EN INDUSTRIAS

Tipos de industria:

- Industria química - Suministro de agua - Plantas de energía

no pesadas - Industria de

alimentos y bebidas - Usos

convencionales de laboratorio

Tipos de industria:

- Industria del petróleo y gas - Plantas de cemento - Industria del acero - Minería - Industria química - Suministro de agua y distribución - Plantas de energía - Industria de alimentos y bebidas - Plantas de pulpa y papel

CONFIABILIDAD

Su confiabilidad se sustenta con: Las funciones se Sobrecarga, Cortocircuitos que le ofrecen al motor y al sistema equipos que componene el arranque como lo so interruptor y relé termico

Su gran confiablidad se sustenta en:

- Sus tareas más importantes incluyen la protección del motor con todas las protecciones relacionadas, evitando paradas de planta y reduciendo el tiempo de parada.

- Genera información relacionada con posibles problemas del motor y proporciona un diagnóstico rápido que asegura la operación continua de cualquier aplicación.

91

- Protocolo de comunicación abierto como en en bus de campo, Ethernet y diagnóstico de fallas instantaneas.

SEGURIDAD

Le ofrece seguridad al sistema:

- Mitiga afectaciones basicas en el sietemas que puedan dañar equipos o afectan el sistem en general.

- Ofrece seguridad en cuestiones de sobre cargas y cortocircuitos.

Le ofrece seguridad al sistema:

- Mejora la seguirdad del sistema por medio de la parametrización de las curvas de disparo para el caso de sobre carga y cortociicuito.

- Visualización en pantalla de los posibles averias o afectaciones del sistema.

- Monitoreo en tiempo real de variables.

EQUIPOS IMPLEMENTADOS

- Guardamotores - Relés térmicos y

electrónicos - Contactores - Fusibles - Interrupor con

protección magnetica

- Guardamotores - Relés térmicos y electrónicos - Contactores - Relé inteligente UMC 100.3 - Fusibles - Interrupor con protección magnetica

COMUNICACIÓN

- Puede ofrecer señales de apertura, cierre o disparo de los elementos que compone y estos se puede visualizar en señales visibles o audibles

- No tiene ningun tipo de protocolo de comunicación

Protocolos de comunicación industrial

- PROFIBUS DP (2-125) - DeviceNet (2-64) - Modbus RTU - CANopen (1-127) - Modbus TCP

TIPOS DE INSTALACIÓN

- Montaje de equipos

tipo riel y cableado convencional

- Cableado del circuito de control estándar y tipo modular.

- Monatje Directo (Intaalciones de tipo fijo)

- Monatje separado (Intalaciones de tipo extraible)

92

- Equipos de control tipo empotrar en doble fondos de estructura.

COSTOS

- Aproximadamente (

5.600 USD )

- Aproximadamente ( 9.300 USD ) - Oferta económica Anexo C

VENTAJAS

- Sencillez del equipo - Elevado par de

arranque - Arranque rápido - Bajo costo

- Variedad amplia de protecciones al

sistema - Faciliad instalación - Protocolos de comunicación abierto - Alta confiabilidad - Permite control en tiempo real de las

condiciones del sistema - Fleixble mantenimento y menor

tiempo de parada. - Ofrece diferentes accesorios

dependiendo de la necesidad del circuito.

DESVENTAJAS

- La potencia del

motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones que provoca la corriente solicitada.

- El par de arranque es elevado.

- Puede presentar eventuales problemas de naturaleza eléctrica por caídas de la tensión en la línea de alimentación del motor o de los accesorios conectados al mismo sistema.

- Crea un estrés térmico en los devanados del motor y, solo brevemente, fuerzas electrodinámicas

- No mitiga el par de arranque del

motor. - Costo elevado - Equipos electrónicos sensible a

alimentaciones inestables

93

momentáneas. Con frecuencia, el arranque directo reduce la vida de los devanados de un motor estándar.

- En la mayoría de los casos se usa solo para potencias de poca capacidad.


94

4 ANÁLISIS DE COSTOS DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES

QUE IMPLEMENTE EL RELÉ INTELIGENTE UMC PARA EL SECTOR OIL

AND GAS

El sector eléctrico en Colombia ha evolucionado de manera significativa durante los últimos

20 años, siendo hoy un sector eficiente y con prácticas de talla mundial. Esta tendencia

seguirá en aumento, por las próximas décadas, tanto por el crecimiento de la inversión

extranjera directa hacia Colombia, como por el crecimiento de las multinacionales

colombianas en el exterior. Actualmente, el sector eléctrico colombiano cuenta con una

agenda público-privada orientada hacia un sector de talla mundial, asegurando el

abastecimiento de energía eléctrica del país a mediano y largo plazo y el interés de convertir

a Colombia en el principal jugador de la integración energética regional. [26]

La evolución de la demanda de energía eléctrica en Colombia ha mostrado una dinámica

activa durante la última década, mostrando tasas de variación anual de entre 2% y 4%.

Según datos de 2015, el consumo de energía eléctrica en Colombia fue de 53.869 GWh, lo

que corresponde a un consumo de energía promedio per cápita de 914 KWh por año. [26]

El consumo se distribuye en los sectores Residencial (42,2%), Industrial (31,8%), Comercial

(18%), Oficial (3,8%) y otros usos (4,3%). Importante tendencia de crecimiento de la

demanda deberá ser cubierta por la oferta actual lo cual significa grandes oportunidades de

inversión. Colombia presenta actualmente la sexta mayor capacidad instalada para la

generación de energía en América Latina y el Caribe. El consumo per cápita de energía en

Colombia es similar al de países como Perú y Paraguay que cuentan con una capacidad

instalada mucho menor. [27]

En el sector eléctrico colombiano los eslabones de generación, transmisión, distribución y

comercialización de la energía tienen una alta demanda de productos manufacturados

especializados. Para la manufactura de productos que hagan parte de la cadena de

fabricación de maquinaria y equipo eléctrico, el proceso inicia con el tratamiento de materias

primas básicas, pasando por la producción de insumos primarios, la fabricación de

productos intermedios o terminados y el desarrollo de sistemas completos. [27]

4.1 IDENTIFICACIÓN DE ASPECTOS GENERALES PROPUESTOS PARA EL

CCM CARACTERIZADO CORRESPONDIENTE AL SECTOR OIL AND GAS En el mercado colombiano se pueden obtener puntualmente para el caso particular del

CCM que se está trabajando que el desarrollo se enfocado a la utilización de enlace entre

equipos de generación y los consumidores finales tales como motores, equipos de

climatización, alimentación, sistemas de generación, etc. La investigación radica en

describir los equipos que componen un centro de control de motores que se decidió

caracterizar para que después se puedan relacionaran dichos equipos en el análisis de

costos planteado en el numeral 4.2 desglosando todos los parámetros que esto conlleva

como lo son Metalmecánica, Barraje, equipos de potencia, equipos de control, servicios

auxiliares, entre otros.

El CCM característico tendrá las siguientes características generales:

►Tensión de alimentación: 480VAC (3F+1N+1T)

► Corriente de cortocircuito: 25kA

► Frecuencia: 60Hz

95

► Tensión de control: 120VAC

► Tensión de nominal: 600VAC

► Número de polos: 3 polos

4.1.1 Compartimento de barras principales El compartimento de barras se encuentra en la parte superior del CCM y se encuentra un

pasillo vertical el cual alimenta cada uno de los arranques directos implementados como lo

muestra la Figura 72. Pasillo de barras CCM (vista lateral), dichas barras están

dimensionadas para soportar los esfuerzos provocados por las solicitaciones térmicas y

dinámicas de las corrientes nominales y de cortocircuito, y el impacto que generan las

condiciones ambientales de temperatura, altitud y humedad que requiere el sector Oil and

Gas.

Estas barras tendrán un aisladas mediante materiales termo contraíbles (Funda), así

mismo, las uniones entre barras y derivaciones tendrán tratamiento electro-plateada y el

acceso al compartimiento de barras se realiza por medio de tapas atornilladas

desmontables en la misma celda. Corrosivos

Figura 72. Pasillo de barras CCM (vista lateral).


4.1.2 Compartimento de pasillo de cables La columna propuesta tendrá disponible de un pasillo vertical al lado derecho, el tamaño de

este pasillo va en función del número y del calibre de los cables que pueda haber en cada

96

salida, en este caso será de 300mm aproximadamente como se ilustra desde la parte

superior en la siguiente Figura 73. Vista superior pasillo lateral de control derecho CMM

(Vista lateral).

Figura 73. Vista superior pasillo lateral de control derecho CMM (Vista lateral).


El pasillo es accesible por la parte frontal del tablero mediante una puerta única e

independiente de los compartimientos donde están alojados los aparatos. Esta solución

permite efectuar controles sobre los conductos aún con aparatos en servicio, agregar

conexiones y posteriormente reponerlos.

En este compartimento se encuentran: Los cables de salida de fuerza y sus bornas están

protegidas con pantallas aislantes con el fin de evitar contactos accidentales. Los cables de

salida de control y sus bornas.

4.1.3 Cubículos funcionales La columna de CCM propuesta contempla espacio para un máximo de 10 compartimientos

con dimensiones de 2400mm de Alto y 800mm de largas, los cuales pueden ser equipados

con gavetas de ejecución fija o extraíble como se caracterizó en el numeral 2.1.3

clasificación metalmecánica, contara con gavetas extraíbles porque para el sector se

requiere en la mayoría de los casos tener señales como test, extraído, insertado y

conectado para cada uno de los arranques dispuestos.

Cada gaveta está separada de la zona de barras y su altura varia siempre como un múltiplo

de la gaveta base que corresponde a 1/10, según la característica y capacidad en corriente

97

del arranque almacenado en la misma, todo ligado al diseño propuesto en la Figura 74.

Cubículos de CCM propuesto en modalidad de gavetas extraíbles.

Figura 74. Cubículos de CCM propuesto en modalidad de gavetas extraíbles.


El número máximo de gavetas del mismo tamaño en una columna está indicado en la

siguiente tabla:

TABLA 17. NÚMERO MÁXIMO DE GAVETAS DEL MISMO TAMAÑO EN UNA

COLUMNA

Gaveta Fija

Gaveta Extraíble

Número Máximo

Altura de la Gaveta (mm)

1/10 1/10 10 190

2/10 2/10 5 380

3/10 3/10 3 570

4/10 2 760

5/10 2 950


98

4.1.4 Seccionador Cada unidad Extraíble de salida dispone de un seccionador en carga de 6 polos y doble

ruptura por polo como se ilustra en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..

Este seccionador es el elemento propio de conexión entre la parte fija y la extraíble y consta

de un eje con 6 polos hembras y dos partes no giratorias con 6 polos macho cada una. Una

de estas partes se encuentra en el pasillo de cables y sirve de soporte de las barras de

derivación, así como de bornas de salida para los cables de fuerza. La otra parte, idéntica

a la anterior, se encuentra montada en el chasis extraíble y contiene, asimismo, tres bornas

de entrada y tres bornas de salida.

Figura 75. Vistas seccionador y gavetas extraíbles CCM propuesto.


► Los Interruptores termimagneticos de 3 polos para protección de arraque directo deberan

tener unidad de disparo termomagnetica ajustable, deben estar equipados con contactos

de señalización y disparo al igual que tener mando extendio a puerta.

► Contactor para seccioanamiento del arranque directo de 3 polos, el elemento

electromecánico que tendra la función de establecer o interrumpir la corriente eléctrica del

motor, con la posibilidad de ser accionado a distancia mediante la utilización de elementos

de comando, los cuales están compuesto por un circuito bobina de apertura y cierre.

4.1.5 Equipos de control. ► Los transformadores de control deberán estar existentes cada vez que un interruptor

protección motor este protegiendo un arranque directo, deberá ser tipo seco 480/120VAC

– 60 Hz / 1 fase.

►La indicación luminosa 120VAC tipo led del CCM se realizará por medio de lámparas

indicadoras para señalizar encendido, apagado y falla de a cada uno de los mismos.

99

► Los mandos locales se realizarán por medio de pilotos y sectores los cuales estarán

asociados al control de cada uno de los arranques de manera manual.

4.1.6 Enclavamientos El CCM característico tendrá seccionador en la puerta de cada cubículo y el chasis extraíble

correspondiente tiene los siguientes enclavamientos:

No se permite la apertura de la puerta estando el seccionador cerrado, pues la propia

maneta del seccionador lo impide.

Una vez abierto el seccionador y la puerta, el equipo queda sin tensión de fuerza y

únicamente es alimentado el circuito de control, con lo que sin necesidad de extraer el

chasis disponemos de la posición de ENSAYO y cuando, alternativamente, la tensión de

control proviene de la tensión de fuerza, se puede prever otra tensión de control para

realizar pruebas en la posición de ensayo.

Con la puerta abierta no se puede cerrar el seccionador, aunque este enclavamiento puede

falsearse por personal autorizado.

El accionamiento del seccionador admite un sistema de enclavamiento múltiple por

candado.

4.1.7 Cableado El cableado se realizará de completo AWG para todo el control y para potencia menor a

50A. los elementos para conexión de cables de potencia, cables de control, cables de

interconexión se disponen en el Pasillo lateral según la distribución propuesta.

El cableado interior de control será realizado con los calibres de cables necesarios para

cumplir con la Norma 61439-1-2 y se distribuirán por medio de en canaletas de plástico. En

este caso se realizará con cables AWG THNN tipo iluminación calibre 14-16 para Mando y

control.

4.1.8 Pintura La Pintura Electrostática aplicada a los tableros cumple cumplirá la norma ASTM de calidad

vigentes, se realizará en polvo de poliéster, color gris RAL-7032 80 micras (+/- 10) de

espesor por ambas caras.

Cada pieza pasara por el siguiente proceso de Limpieza y adecuación antes del acabado

final.

1. Desengrase por inmersión en solución alcalina a 40 grados centígrados

2. Enjuague por inmersión en agua limpia de la red a temperatura ambiente.

3. Enjuague por hidro-presión con agua limpia de la red, temperatura ambiente.

4. Fosfato de Zinc-Calcio por inmersión a 70 grados centígrados.

5. Enjuague por inmersión en agua limpia de la red a temperatura ambiente.

6. Sello/Pasivado por inmersión a temperatura ambiente.

7. Secado por aire caliente a 80 grados centígrados.

100

4.1.9 Calefacción Para el control de la calefacción del CCM incluirá un termostato y un higrostato.

El higrostato será mecánico tipo MFR 012 para el control de la resistencia en la envolvente

cuando la humedad critica relativa ha sobrepasado el 65 % RH. Con el higrostato se evita

la condensación y corrosión de los componentes.

4.1.10 Ficha técnica propuesta de características constructivas generales

del CCM.

En resumen, el tipo de CCM caracterizado en baja tensión para distribución primaria contara

con estas características según el siguiente detalle:

TABLA 18. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS.

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS

NORMAS

IEC 61439-1

IEC 61439-2

CLASIFICACION FUNCIONAL

CENTRO DE CONTROL DE MOTORES EXTRAIBLE

TIPOLOGIA DE

CONSTRUCCION

AUTOSOPORTADO USO INTERIOR

GRADO DE PROTECCION

CERRAMIENTO IP 54

GRADO DE PROTECCION

MECÁNICO

IK 08

COMPARTIMENTACIÓN

FORMA 3B

LAMINA DE ACERO

TIPO DE LAMINA

COLD ROLLED

ESPESOR DE LA

ESTRUCTURA BASE

3.04mm CALIBRE 11

ESPESOR TAPAS

LATERALES

1.92mm CALIBRE 14

ESPESOR PUERTAS 1.92mm CALIBRE 14

PINTURA

TIPO ELECTROSTATICA EN POLVO

ESPESOR 80 MICRAS

COLOR RAL 7032

TORNILLERIA

IRISADA

BARRAJE PRINCIPAL

PROTECCIÓN DEL

BARRAJE

TERMOENCOGIBLE Y PUNTAS CON

TRATAMIENTO ELECTROPLATEADO

CAPACIDAD MAXIMA

DISEÑO CCM

2000 A

101


4.2 DETERMINAR EL COSTO DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES

CON LAS CARACTERÍSTICAS ESTABLECIDAS.

La investigación de este objetivo radica en el desarrollo de los costos de todos los equipos

que componen este centro de control de motores plateado para arranques inteligentes por

medio de relé UMC 100.3 desglosando todos los parámetros que esto conlleva como lo

son:

- Estructura metalmecánica CCM (lámina galvanizada Calibre 14 / calibre 16),

- Barraje de cobre enfundado 30x5mm, (Cobre 99% pureza)

- Equipos de potencia como lo son interruptor totalizador de 320A y seis (6) gavetas

con arranque directos inteligentes, Dos (2) de 16A – Dos (2) de 32A – Dos (2) de

63A.

- Equipos de control como lo son CT’s - Pt’s (Relación 480/120 VAC – 100VA), bornas

de control atornillables, relevos de 14 pines, cable #12/14/16 AWG, entre otros,

- Servicios auxiliares como lo son higrostato, termostato, lámparas led.

En la TABLA 19 la cual que se muestra continuación se presenta un resumen del valor

fabrica de los componentes globales del CCM caracterizado, los cuales se encuentra en

dólares americanos (USD) sin ningún tipo de impuesto y se fundamentaron en precios que

ofrece la marca ABB a sus representantes en Colombia, esto se estructuro teniendo en

cuenta los requerimientos del sector Oil and Gas; El desglose al detalle de los costos de los

componentes del CCM caracterizado se encuentra en el ANEXO D.

CAPACIDAD NOMINAL

2000 A

BARRAJE DE NEUTRO

PROTECCIÓN DEL

BARRAJE

ENFUNDADO

PLATINA DE COBRE

COBRE 99.9 % DE PUREZA

BARRAJE DE TIERRA

PROTECCIÓN DEL

BARRAJE

DESNUDO

PLATINA DE COBRE

COBRE 99.9 % DE PUREZA

AUXILIARES DE COLUMNA

TERMOSTATO - HIGROSTATO

RESISTENCIA CALEFATORA

DIMENSIONES DE CADA

COLUMNA

ALTO (H)

2400 mm

ANCHO (W)

900 mm

PROFUNDO(D)

650mm

TIPO DE BORNERAS

RESORTE CAGE CLAMP

ACOMETIDAS

PARTE INFERIOR

102

TABLA 19. PRESUPUESTO CCM.

DESCRIPCIÓN UND CANT V/TOTAL GRUPO

ESTRUCTURA CELDA METALMECANICA LAMINA GALVANIZADA CCM

Celda metálica auto soportadas de dimensiones 2200 x 1100 x 800 mm (alto x ancho x profundo), elaborada en lámina galvanizada Cl. 14/16. Acabado final pintura electrostática RAL 7035. Grado de protección IP 42 para uso interior y frente muerto para evitar contacto con partes energizadas.

Und. 1 USD 906,25 Metalmecánica

EQUIPOS DE FUERZA

Interruptores de caja moldeada, guardamotores arranques, contactos auxiliares, mandos extendidos para seis 6 arranques directos inteligentes máximos 63A.

Und. 1 USD 4.436

Equipo de Fuerza

CONTROL DE SEIS ARRANQUES DIRECTOS INTELIGENTES

Equipos de control para seis (6) arranques directos máximo 63A inteligentes ( Relé UMC100.3, Fusibles, Transformadores de control, Transformadores de corriente, Pulsadores, Selectores, Paros de emergencia, pilotos Bornas de control, Cable y terminales)

Und

6

USD 759,99

Auxiliares de control

KITS DE SERVICIOS AUXILIARES

Equipos para servicios auxiliares de CCM ( Transformadores de control, Fusibles, Mini interruptores, Microswich, termostato, higrostato, cable de control, resistencia calefactora).

Und. 1

USD 161,54

Auxiliares de control

BARRAJE 3F + N y Cable para conexiones gavetas.

Barraje principal 3F + N

Barraje de cobre 99% pureza con recubrimiento en funda termo encogible, Aisladores, Cable #10, #12, #14 AWG y terminales de cautillo.

m 8,4 USD 220,90

Barrajes


103

5 APLICACIÓN DE 61508 SAFETY INTEGRITY LEVEL (SIL), PARA

DETERMINAR EL NIVEL SIL DEL CCM CARACTERIZADO.

5.1 IEC 61508 La norma IEC 61508 recibe el nombre de “Seguridad funcional de sistemas eléctricos /

electrónicos / electrónicos programables relacionados con la seguridad”, dicha norma se

divide en 8 y está dirigida a los involucrados en el desarrollo de los sistemas antes

mencionados, que estén ligados directamente a la seguridad funcional.

IEC 61508-0:2005, Seguridad funcional de sistemas eléctricos / electrónicos /

electrónicos programables relacionados con la seguridad electrónica operacional –

Parte 0: La seguridad funcional e IEC61508.

IEC 61508-1: 1998, Seguridad funcional de sistemas eléctricos / electrónicos /


Parte 1: Requerimientos generales.



Parte 2: Requisitos para los sistemas relacionados con la seguridad eléctricos /

electrónicos / electrónicos programables.



Parte 3: Requisitos de software.



Parte 4: Definiciones y abreviaturas.

IEC61508-5: 1998, Seguridad funcional de sistemas eléctricos / electrónicos /


Parte 5: Ejemplos de métodos para la determinación de los niveles de integridad de

seguridad.

IEC61508-6: 2000, Seguridad funcional de sistemas eléctricos / electrónicos /


Parte 6: Directrices sobre la aplicación de la norma IEC 61508-2 e IEC61508-3



Parte 7: Descripción general de medidas y técnicas.

5.2 SEGURIDAD FUNCIONAL E IEC61508

5.2.1 Definición Seguridad Esta es la libertad de riesgo inaceptable de daño físico o de daño a la salud de las personas,

ya sea directamente, o indirectamente como resultado de daños a la propiedad o al medio

ambiente. [28]

104

5.2.1.1 Definición de seguridad Funcional:

5.2.1.1.1 La seguridad funcional es parte de la seguridad global que depende

de un sistema o equipo que funciona correctamente en respuesta a

sus entradas. [28]

5.2.2 Funciones de seguridad y sistemas relacionados con la seguridad Generalmente, los riesgos significativos para los equipos y cualquier sistema de control

asociado en su el entorno previsto deben ser identificado por el especificador o

desarrollador a través de un peligro análisis. El análisis determina si la seguridad funcional

es necesaria para garantizar una adecuada Protección contra cada peligro significativo. Si

es así, entonces hay que tenerlo en cuenta en un Manera adecuada en el diseño. La

seguridad funcional es solo un método para tratar con peligros, y otros medios para su

eliminación o reducción, como la seguridad inherente a través de Diseño, son de primordial

importancia. El término relacionado con la seguridad se usa para describir los sistemas que

se requieren para realizar una Función o funciones para asegurar que los riesgos se

mantengan en un nivel aceptado. Tales funciones son, por Definición, funciones de

seguridad. Se requieren dos tipos de requisitos para lograr funcional. la seguridad:

• Requisitos de función de seguridad (lo que hace la función).

• Requisitos de integridad de seguridad (la probabilidad de que se realice una función de

seguridad) satisfactoriamente).

Los requisitos de la función de seguridad se derivan del análisis de peligros y la integridad

de seguridad Los requisitos se derivan de una evaluación de riesgos. Cuanto mayor sea el

nivel de integridad de seguridad, disminuir la probabilidad de fallo peligroso. Cualquier

sistema, implementado en cualquier tecnología, que lleve a cabo funciones de seguridad

está relacionado con la seguridad. sistema. Un sistema relacionado con la seguridad puede

estar separado de cualquier sistema de control del equipo. o el propio sistema de control

del equipo puede realizar funciones de seguridad. En este último caso, el sistema de control

de equipos será un sistema relacionado con la seguridad. Mayores niveles de integridad de

seguridad Es necesario un mayor rigor en la ingeniería del sistema de seguridad. [28]

5.2.3 Ejemplo de seguridad funcional Considere una máquina con una cuchilla giratoria que está protegida por una cubierta sólida

con bisagras. La hoja se accede por la limpieza rutinaria levantando la cubierta. La cubierta

está enclavada de manera que cuando se levanta un circuito eléctrico des energiza el motor

y se aplica un freno. De esta manera, la hoja se detiene antes de que pudiera lesionar al

operador.

En se logra con el fin de garantizar que la seguridad, tanto en el análisis de peligros y

evaluación de riesgos son necesarios.

a) El análisis de riesgo identifica los peligros asociados con la limpieza de la hoja. Para esto

la máquina se podría mostrar que no debería ser posible levantar la tapa con bisagras más

de 5 mm sin la activación del freno y detener la hoja. Un análisis más detallado podría

revelar que el tiempo para que la hoja se detenga será de 1 s o menos. Juntos, estos

describen la función de seguridad.

b) La Evaluación de riesgos determina los requisitos de rendimiento de la función de

seguridad. El objetivo es garantizar que la integridad de la seguridad de la función de

105

seguridad es suficiente para asegurar que nadie está expuesto a un riesgo inaceptable

asociada a este evento peligroso. El daño resultante de un fallo de la función de seguridad

podría ser la amputación de la mano del operador o podría ser sólo una contusión. El riesgo

también depende de la frecuencia con la tapa tiene que ser levantado, lo que podría ser

muchas veces durante la operación diaria o podría ser inferior a una vez al mes. El nivel de

integridad de seguridad requerido aumenta con la gravedad de la lesión y la frecuencia de

la exposición al peligro.

La integridad de la seguridad de la función de seguridad dependerá de todo el equipo que

es necesario para la función de seguridad que debe llevarse a cabo correctamente, es decir,

el dispositivo de seguridad, el circuito eléctrico asociado y el sistema motor y de frenado.

Tanto la función de seguridad y su integridad de seguridad especifican el comportamiento

requerido para los sistemas en su conjunto dentro de un entorno particular.

En resumen, el análisis de peligros identifica lo que se tiene que hacer para evitar el suceso

peligroso, o eventos, asociado con la hoja. La evaluación del riesgo da la integridad de la

seguridad requerida del sistema de enclavamiento para el riesgo de ser aceptable. Estos

dos elementos, “¿Qué función de seguridad tiene que ser realizado?” - el requisito de la

función de seguridad - y “¿Qué grado de certeza es necesario que la función de seguridad

se llevará a cabo?” - el requisito de integridad de seguridad - son las bases de la seguridad

funcional. [28]

5.2.4 Desafíos en la consecución de la seguridad funcional Las funciones de seguridad se realizan cada vez más por medios eléctricos, electrónicos o

programables. sistemas electrónicos Estos sistemas suelen ser complejos, lo que hace

imposible en la práctica Determine completamente cada modo de falla o para probar todo

el comportamiento posible. Es difícil predecir el rendimiento de seguridad, aunque la prueba

sigue siendo esencial. El desafío es diseñar el sistema de tal manera que se eviten fallas

peligrosas o que Controlarlos cuando surjan. Pueden surgir fallas peligrosas de:

• Especificaciones incorrectas del sistema, hardware o software.

• Omisiones en la especificación de requisitos de seguridad (por ejemplo, no desarrollar

todos los requisitos relevantes) funciones de seguridad durante diferentes modos de

operación).

• Mecanismos de falla de hardware al azar.

• Mecanismos sistemáticos de fallo de hardware.

• Errores de software.

• Fallas de causas comunes.

• Error humano.

• Influencias ambientales (por ejemplo, fenómenos electromagnéticos, de temperatura,

mecánicos).

• Perturbaciones de voltaje del sistema de suministro (por ejemplo, pérdida de suministro,

voltajes reducidos, reconexión) de suministro). [28]

106

5.3 IEC 61508 - Seguridad funcional de los sistemas relacionados con la

seguridad E / E / PE

5.3.1 Objetivos IEC 61508 tiene como objetivo

• Liberar el potencial de la tecnología E / E / PE para mejorar tanto la seguridad como la

economía actuación.

• Permitir que los desarrollos tecnológicos tengan lugar dentro de un marco general de

seguridad.

• Proporcionar un enfoque basado en sistemas, técnicamente sólido, con suficiente

flexibilidad para el futuro.

• Proporcionar un enfoque basado en el riesgo para determinar el rendimiento requerido de

seguridad sistemas.

• Proporcionar un estándar de base genérica que pueda ser utilizado directamente por la

industria, pero también puede ayudar para desarrollar estándares del sector (por ejemplo,

maquinaria, plantas químicas de procesos, o riel) o estándares de productos (por ejemplo,

sistemas de transmisión de energía).

• Proporcionar un medio para que los usuarios y los reguladores ganen confianza cuando

utilizan computadoras tecnología.

• Proporcionar requisitos basados en principios subyacentes comunes para facilitar:

- Mejores eficiencias en la cadena de suministro para proveedores de subsistemas

y componentes a diversos sectores.

- Mejoras en la comunicación y los requisitos (es decir, para aumentar la claridad de

lo que necesita ser especificado).

- El desarrollo de técnicas y medidas que podrían utilizarse en todos los sectores,

aumentar los recursos disponibles.

- El desarrollo de servicios de evaluación de la conformidad si es necesario. IEC

61508 no cubre las precauciones que pueden ser necesarias para evitar la

autorización no autorizada. personas perjudicando, y / o afectando de manera

adversa, la seguridad funcional lograda por Sistemas de seguridad E / E / PE. [28]

5.3.2 Sistemas de seguridad E / E / PE IEC 61508 se refiere a la seguridad funcional, lograda por los sistemas relacionados con la

seguridad que son Implementado principalmente en electrónica eléctrica y / o electrónica y

/ o programable (E / E / PE) tecnologías, es decir, sistemas relacionados con la seguridad

E / E / PE. El estándar es genérico en que se aplica a Estos sistemas independientemente

de su aplicación.

Algunos requisitos de la norma se relacionan con las actividades de desarrollo donde la

implementación La tecnología puede que aún no se haya decidido por completo. Esto

incluye el desarrollo de la general requisitos de seguridad (concepto, definición del alcance,

análisis de peligros y evaluación de riesgos). Sí hay Existe la posibilidad de que se utilicen

tecnologías E / E / PE, la norma debe aplicarse de manera que los requisitos de seguridad

107

funcional para cualquier sistema de seguridad E / E / PE están determinados De manera

metódica, basada en el riesgo.

Otros requisitos de la norma no son únicamente específicos de la tecnología E / E / PE,

incluidos Documentación, gestión de la seguridad funcional, evaluación de la seguridad

funcional y competencia. Todos los requisitos que no son específicos de la tecnología

podrían aplicarse a Otros sistemas relacionados con la seguridad, aunque estos sistemas

no están dentro del alcance de la norma.

Los siguientes son ejemplos de sistemas relacionados con la seguridad E / E / PE:

• Sistema de parada de emergencia en una planta de procesos químicos peligrosos.

• Indicador de carga segura de la grúa.

• Sistema de señalización ferroviaria.

• Sistemas de enclavamiento de protección y parada de emergencia para maquinaria.

• Accionamiento del motor de velocidad variable utilizado para restringir la velocidad como

medio de protección.

• Sistema para inter bloquear y controlar la dosis de exposición de una radioterapia médica.

Máquina.

• Posicionamiento dinámico (control del movimiento de un barco cuando está cerca de una

costa afuera instalación).

• Operación de vuelo por cable de las superficies de control de vuelo de la aeronave.

• Luces indicadoras de automóviles, frenos antibloqueo y sistemas de gestión del motor.

• Monitoreo remoto, operación o programación de una planta de proceso habilitada para la

red.

• Una herramienta de apoyo a la decisión basada en información donde los resultados

erróneos afectan la seguridad.

Un sistema de seguridad E / E / PE cubre todas las partes del sistema que son necesarias

para llevar a cabo La función de seguridad (es decir, desde el sensor, a través de la lógica

de control y los sistemas de comunicación, hasta Actuador final, incluidas las acciones

críticas de un operador humano).

Dado que la definición de sistema de seguridad E / E / PE se deriva de la definición de

seguridad, también se refiere a la libertad de riesgo inaceptable de lesiones físicas y daños

a la Salud de las personas. El daño puede surgir indirectamente como resultado del daño

a la propiedad o la ambiente. Sin embargo, algunos sistemas se diseñarán principalmente

para proteger contra fallas Con graves implicaciones económicas. IEC 61508 se puede

utilizar para desarrollar cualquier sistema E / E / PE Que tiene funciones críticas, como la

protección de equipos o productos. [28]

5.3.3 Enfoque técnico IEC 61508

108

• Utiliza un enfoque basado en el riesgo para determinar los requisitos de integridad de

seguridad de E / E / PE sistemas relacionados con la seguridad, e incluye una serie de

ejemplos de cómo se puede hacer esto.

• Utiliza un modelo global de ciclo de vida de seguridad como marco técnico para las

actividades necesario para garantizar que la seguridad funcional se logra con los sistemas

relacionados con la seguridad E / E / PE.

• Cubre todas las actividades del ciclo de vida de seguridad desde el concepto inicial, a

través del análisis de riesgos y riesgos evaluación, desarrollo de los requisitos de seguridad,

especificación, diseño e implementación, operación y mantenimiento, y modificación, hasta

el cierre definitivo. y / o eliminación.

• Abarca aspectos del sistema (abarcando todos los subsistemas que llevan a cabo la

seguridad funciones, incluidos hardware y software) y mecanismos de falla (hardware

aleatorio y sistemática).

• Contiene ambos requisitos para prevenir fallas (evitar la introducción de fallas) y requisitos

para controlar las fallas (garantizar la seguridad incluso cuando las fallas están presentes).

• Especifica las técnicas y medidas que son necesarias para lograr la seguridad requerida

integridad. [28]

5.3.4 Niveles de integridad de seguridad IEC 61508 especifica 4 niveles de rendimiento de seguridad para una función de seguridad.

Estos se llaman Niveles de integridad de seguridad. El nivel de integridad de seguridad 1

(SIL1) es el nivel más bajo de integridad de seguridad y El nivel de integridad de seguridad

4 (SIL4) es el nivel más alto. La norma detalla los requisitos necesarios para lograr cada

nivel de integridad de seguridad. Estos requisitos son más rigurosos en niveles más altos

de integridad de seguridad para lograr la menor probabilidad requerida de peligrosidad

fracaso.

Un sistema de seguridad E / E / PE usualmente implementará más de una función de

seguridad. Si los requisitos de integridad de seguridad para estas funciones de seguridad

difieren, a menos que haya suficiente independencia de implementación entre ellos, los

requisitos aplicables a los más altos El nivel de integridad de seguridad relevante se aplicará

a todo el sistema de seguridad E / E / PE.

Si un solo sistema E / E / PE es capaz de proporcionar todas las funciones de seguridad

requeridas, y la integridad de seguridad requerida es menor que la especificada para SIL1,

entonces IEC 61508 no se aplica. [28]

5.3.5 Requerimientos técnicos Seguidamente se expondrá el flujo para identificación de los requerimientos de la planta en

estudio y el desarrollo de las técnicas o medidas en la categorización del SIL.

Figura 76. Requerimientos técnicos.

109


5.3.6 Abreviaturas Para dar una información clara en este documento, se proporcionan las abreviaturas en la

siguiente tabla. Dichas abreviaturas y definiciones vienen directamente de la IEC 61508-4.

No se dirige al apartado directamente, puesto que el lenguaje usado para el desarrollo de

este objetivo compete citarlo directamente.

TABLA 20. ABREVIATURAS UTILIZADAS EN LA IEC 61508.

110

Abreviatura Plena expresión Definición y / o explicación de plazo.

ALARP Tan bajo como sea razonablemente posible.

IEC61508-5, Anexo C.

ASIC Circuito integrado de aplicación específica.

3.2.15

CCF Falla de causa común. 3.6.10

CPLD Dispositivo lógico programable complejo.

DC Cobertura del diagnóstico 3.8.6

(E) EPLD Dispositivo de lógica programable borrable (Eléctricamente).

E / E / PE Eléctrico / Electrónico / Electrónico programable.

3.2.13, ejemplo: / E / PE sistema de seguridad E.

E / E / PE (Sistema) Sistema Eléctrico / Electrónico / Electrónico programable.

3.3.2

EEPROM Eléctricamente programable y borrable memoria de sólo lectura.

EPROM Memoria de solo lectura programable y borrable.

EUC Equipo bajo control. 3.2.1

FPGA Campo programable para formación de matriz.

GAL Lógica de matriz genérica.

HFT Tolerancia a fallos de hardware.

7.4.4 de la norma IEC61508-2.

MooN

M fuera de la arquitectura del canal N (por ejemplo, 1oo2 es 1 de cada 2 arquitecturas, donde cualquiera de los dos canales puede realizar la función de seguridad).

IEC 61508-6, Anexo B.

Moond M de arquitectura de canal N con Diagnóstico

IEC 61508-6, Anexo B.

MTBF Tiempo medio entre fallos 3.6.19, Nota 3.

MTTR Tiempo estimado o promedio para reparar

3.6.21

MRT La media de tiempo de reparación

3.6.22

PAL Lógica de matriz programable

PE electrónico programable 3.2.12

PE (Sistema) electrónico programable 3.3.1

PFD Probabilidad de fallo peligroso bajo demanda

3.6.17

111

PFD avg Probabilidad media de fallo peligroso bajo demanda

3.6.18

PFH Frecuencia media de fallo peligroso [h-1]

3.6.19

PLA Matriz Lógica Programable

PLC Controlador lógico programable

IEC61508-6, Anexo E.

PLD Dispositivo lógico programable

PLS Secuenciador lógico programable

LMP Lógico Programable Macro

RAM Memoria de acceso aleatorio

ROM Memoria de sólo lectura

SFF Fracción de Falla Segura 3.6.15

SIL Nivel de Integridad Seguro 3.5.8

VHDL Muy alta velocidad circuito integrado descripción del hardware idioma.

IEC 61508-2, Anexo F, Nota 5.


Seguidamente se expondrán los conceptos representativos para el entendimiento de la

información datada en este documento.

5.3.6.1 Condiciones de seguridad

5.4 DESCRIPCIÓN GENERAL SOBRE LA APLICACIÓN DE MEDIDAS Y

TÉCNICAS DE LA NORMA IEC 61508-2 E IEC61508-3 Esta parte de la norma IEC 61508 contiene una visión general de las diversas técnicas y

medidas de seguridad pertinentes a la norma IEC 61508-2 e IEC 61508-3.

Las referencias deben considerarse como referencias básicas a métodos y herramientas o

como ejemplos, y pueden no representar el estado de la técnica. [30]

Dentro de las medidas y técnicas se encuentra el control, de fallos de hardware aleatorios,

donde se encuentra la detección de fallos por monitoreo en línea, dichos fallos pueden ser

eléctricos, electrónicos, Unidades de procesamiento, rangos de memoria invariantes,

rangos de memoria variantes, I / O unidades y las interfaces de comunicación (Externa),

Camino de datos (Comunicación interna), fuente de alimentación, temporal y seguimiento

de secuencia de programa lógico, ventilación y calefacción, comunicación y de

almacenamiento masivo, transductores, actuadores, Medidas contra el medio ambiente

físico.

5.4.1 Visión general de las técnicas y medidas para los sistemas

relacionados con E / E / PE: Control de fallos de hardware aleatorias. A continuación, se presenta en forma de tabla las técnicas y medidas relacionadas con el

control de fallos de hardware.

112

TABLA 21. VISIÓN GENERAL DE LAS TÉCNICAS Y MEDIDAS PARA LOS SISTEMAS

RELACIONADOS CON E / E / PE: CONTROL DE FALLOS DE HARDWARE ALEATORIAS.

Proceso Descripción

Eléctrico

Detección de fallos por monitoreo en línea

Seguimiento de los contactos de relé

Comparador

La mayoría de los votantes

Principio de corriente de reposo

Electrónico

Pruebas realizadas por hardware redundante

Principios dinámicos

Puerto de acceso de prueba estándar y la arquitectura frontera de exploración

Redundancia monitoreada

Los componentes eléctricos / electrónico con control automático

Monitoreo señal analógica

Reducción de potencia.

Unidades de procesamient

o

Autocomprobación con el software: limitado número de patrones (De un canal)

Autocomprobación por el software (Un canal)

Auto comprobación compatible con el hardware (Un canal)

Procesamiento codificado (Un canal)

Procesamiento codificado (Un canal)

Comparación recíproca por el software

Rangos de memoria

invariantes

Palabra de ahorro de redundancia de múltiples bits

Suma de comprobación modificado

Firma de una palabra (8 bits)

Firma de una palabra doble (16 bits)

Bloquear la replicación

Rangos de memoria variables

Prueba de RAM “Tablero de ajedrez” o “Marcha”

Prueba de RAM “Walkpath”

Prueba de RAM “Galpat” o “Galpat transparente”

Prueba RAM “Abraham”

De un bit de redundancia

Monitoreo RAM con un código de Hamming modificado

RAM de doble con el hardware o software de comparación y la prueba de lectura / escritura.

I / O unidades y las interfaces

de comunicación

(externa)

Patrón de pruebas

Protección del código

Salida en paralelo multicanal.

Salida monitoreada.

Comparación de entrada / voto

Redundancia de hardware de un bit

113

Caminos de datos

(comunicación externa)

Multi – bit redundancia de hardware

La redundancia completa de hardware

Inspección utilizando patrones de prueba

Redundancia de la trasmisión.

Redundancia de la información

Fuente de alimentación.

Protección contra sobretensiones con la seguridad de cierre.

Control de tensión. (Secundaria)

Aparato de seguridad de cierre

Temporal y seguimiento de secuencia de programa

lógico.

Whatch-dog con base de tiempo separada sin ventana de tiempo

Whatch-dog con base de tiempo separada y ventana de tiempo

Control lógico de la secuencia de programa

Combinación de monitoreo temporal y lógica de secuencias de programas

Monitoreo temporal con verificación en línea

Ventilación y calefacción

Aim sensor de temperatura

Control de ventilador

El accionamiento del cierre de seguridad a través de AIM fusible térmico

Mensaje Staggered de termo -sensores y alarma condicional

Conexión de enfriamiento de aire forzado y la indicación de estado

Comunicación y

almacenamiento masivo

La separación de las líneas de energía a partir de líneas de información

Separación espacial de múltiples líneas

Aumento de la inmunidad a la interferencia

Trasmisión de la señal antivalente

Sensores Sensor de referencia

Interruptor activado por positivo

Actuadores Monitoreo

Cruz monitoreo de múltiples actuadores


5.4.2 Visión general de las técnicas y medidas para los sistemas

relacionados con la seguridad E / E / PE: evitar de fallas sistemáticas A continuación, se presenta en forma de tabla las técnicas y medidas relacionadas con la

evitación de fallas sistemáticas.

TABLA 22. VISIÓN GENERAL DE LAS TÉCNICAS Y MEDIDAS PARA LOS SISTEMAS

RELACIONADOS CON LA SEGURIDAD E / E / PE: EVITAR FALLAS SISTEMÁTICAS.

Proceso Descripción Descripción

Medidas generales y técnicas

Gestión de proyectos

Documentación

114

Separación de las funciones de seguridad del sistema E / E / PE de funciones no de seguridad

De distinto hardware

E / E del sistema / PE especificación de

requisitos de diseño

Especificación estructurada

Los métodos formales

Método semi – formales

General

Máquinas de estados finitos / diagramas de transición de estados

Tiempo redes de Petri

Herramientas de especificación asistido por ordenador

General

Herramientas orientadas a ningún método específico

Procedimiento orientado modelo con análisis jerárquico

Modelos de datos entidad – relación de atributos

Incentivos y repuesta

Listas de verificación

Inspección de la Especificación

E / E / PE diseño del sistema y el desarrollo

El cumplimiento de las directrices y normas

Diseño estructurado

El uso de componentes de probada eficacia

La modulación

Herramientas de diseño asistido por ordenador

Simulación

Inspección (Revisión y análisis).

Walk a través

E / E / PE funcionamiento del

sistema y los procedimientos de

mantenimiento.

Operación e instrucciones de mantenimiento

La facilidad de uso

Mantenimiento

Posibilidades limitadas de operación

115

Operación solamente por operadores expertos

La protección contra errores del operador

Modificación

Cruce de entrada

E / E /PE integración de sistemas.

Pruebas funcionales

Pruebas de recuadro negro

Pruebas estadísticas

Experiencia de campo

Sistemas de validación de seguridad PE

Las pruebas funcionales en condiciones ambientales

Interferencia pruebas de inmunidad contra sobretensiones

Análisis estático

Análisis dinámico

Análisis fallido

Modos de fallos y análisis de efectos (FMEA).

Diagramas causa de consecuencias

Análisis árbol de eventos

Modos de fallo, efectos y análisis de criticidad (FMECA)

Análisis de árbol de fallos (FTA)

Modelos de Markov

Diagrama de bloques Fiabilidad (RBD)

Simulación del Monte Carlo

Avería modelo de árboles

Generalizando estocástico Petri modelos de red (GSPN)

Análisis en el peor de los casos

Pruebas funcionales ampliadas

Prueba peor de los casos

Pruebas de inserción de falla


116

5.4.3 Visión general de las técnicas y medidas para lograr la integridad de

seguridad del software. A continuación, se presenta en forma de tabla las técnicas y medidas relacionadas con la

integridad de seguridad de software.

TABLA 23. VISIÓN GENERAL DE LAS TÉCNICAS Y MEDIDAS PARA LOGRAR LA

INTEGRIDAD DE SEGURIDAD DEL SOFTWARE.

Proceso Descripción Descripción

Requisitos y diseño detallado.

Métodos esquemáticos estructurados.

General

Requisitos controlado expresión (CORE)

Desarrollo sistema de Jackson (JSD).

En tiempo real Yourdon

Diagrama de flujo de datos

Diagrama de estructura

Métodos formales.

General

Calculo sistemas de comunicaciones (CCS).

Comunicación de sistemas secuenciales (CSP).

Orden de la lógica superior (HQL).

LOTO.

OBJ

Lógica temporal

VDM, VDM ++ - Método de desarrollo de Viena.

Z.

La programación defensiva

Diseño y estándares de codificación

General

Normas de codificación

No hay variables dinámicas u objetos dinámicos

On-line comprobar durante la creación de variables dinámicas u objetos dinámicos.

Uso limitado de las interrupciones.

Uso limitado de punteros. (Uso limitado de la recursividad)

Programación estructurada

Ocultación de la información / encapsulación

Enfoque modular.

117

El uso de elementos de software de confianza / verificados

Probada en uso.

Evaluar un conjunto de pruebas de verificación.

Trazabilidad objetivo

Diseño de software sin estado.

Análisis numérico desconectado.

Gráficos de secuencias de mensajes.

Arquitectura del diseño

La detección de fallos y diagnóstico

Detección de error y corrección de códigos.

La programación de aserción

Monitor de diversas.

La diversidad de software

La recuperación hacia atrás.

Vuelva a probar los mecanismos de recuperación de fallos.

Degradación agraciada.

Corrección de fallos inteligencia artificial

Reconfiguración dinámica

Seguridad y rendimiento en tiempo real: disparadas por tiempo arquitectura

UML

Diagramas de clase.

Los casos de uso.

Diagramas de actividad.

Las herramientas de desarrollo y lenguajes de

programación

Tipos de lenguajes de programación con densa encriptación

Subconjuntos de lenguaje

Herramientas certificadas y traductores certificados

Herramientas y traductores: Mayor confianza de uso

Comparación de programa fuente y código ejecutable

Lenguajes de programación adecuados

Generación automática de software

Gestión de pruebas y herramientas de automatización

Verificación y modificación

Prueba probabilística

Registro y análisis de datos

Pruebas de interfaz

Análisis del valor limite

118

Error adivinación

Error de preseleccionar

Las clases de equivalencia y pruebas de partición de entrada

Estructura base de la prueba

Análisis de control de flujo

Análisis de flujo de datos

Ejecución simbólica

Prueba formal Modelo de chequeo

Métricas de complejidad

Inspecciones formales

Recorrido

Revisión de diseño

Simulación de procesos

Requisitos de desempeño

Requisitos de modelamiento

Avalancha de pruebas/ estrés

Tiempo de respuesta y restricciones de memoria

Análisis de impacto

Gestión de la configuración del software

Validación de regresión

simulación y especificaciones de diseño

Modelos de pruebas base (Generación de casos de prueba)

Evaluación de seguridad funcional

Tablas de decisión (tablas de verdad)

Amenaza de software y estudio de operatividad (CHAZOP, FMEA)

Análisis de fallos causas comunes

Fiabilidad diagramas de bloques


5.5 IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LOS RIESGOS PARA DEFINIR

EL SAFETY INTEGRITY LEVEL (SIL). En el proceso de extracción de crudo, la acción principal del sistema eléctrico es activar

una electrobomba que se encuentra en el pozo de extracción, como se resume en la


119

Figura 77. Diagrama proceso.


5.5.1 Función instrumentada de seguridad Para evaluar la función instrumentada de seguridad, se deben definir los riesgos, fallos o

tipos de errores en el proceso inicial de extracción de crudo.

En este orden de ideas las posibles fallas que se pueden encontrar o evidenciar en el motor

o electrobomba, se evidencian en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.

y definirán la problemática que debe atacar la función de seguridad.

TABLA 24. FALLOS DE LA ACCIÓN PRINCIPAL.

N° Riesgo Desviación Causa Efecto / Impacto Acción a tomar

1 Alto Nivel alto Rotor bloqueado durante

el arranque del motor Nivel alto

Nivel alto de protección

2 Alto Nivel alto Sobrecarga y baja corriente

durante la operación normal

Nivel alto Nivel alto de protección

3 Alto Nivel alto Desequilibrios de fase Nivel alto Nivel alto de protección

4 Alto Nivel alto Pérdida de fase Nivel alto Nivel alto de protección

5 Alto Nivel alto Secuencia de fase Nivel alto Nivel alto de protección

120

6 Alto Nivel alto Temperatura Nivel alto Nivel alto de protección

7 Alto Nivel alto Desconexión a tierra Nivel alto Nivel alto de protección


Para evaluar la función de seguridad se debe realizar el análisis HAZOP. Este proceso

define cuales serían las acciones pertinentes de seguridad para mantener altos niveles de

seguridad. Este conjunto se puede observar en la Fuente. Elaboración propia.

5.5.2 Análisis HAZOP El análisis HAZOP establece las amenazas durante la operación y se estima de acuerdo a:

Pronosticar. (Riesgos)

Localizar. (Deviación en el proceso productivo)

Estimar. (Efecto e impacto)

Contrarrestar. (Acciones a tomar)

En nuestro caso el pronóstico y localización dependen netamente del proceso productivo,

esto lo podemos ver en las columnas “Riesgo y Desviación del proceso” de la ¡Error! No

se encuentra el origen de la referencia. Y están íntimamente ligadas a la estimación y el

plan de acción que se debe tomar para establecer un nivel alto de seguridad en el proceso

productivo. Las acciones a tomar se ven en TABLA 25. ACCIONES QUE TOMAR.

TABLA 25. ACCIONES QUE TOMAR.

N° Acción que tomar

1 Arranque largo, protección del rotor bloqueado durante el arranque del motor

2 Protección contra la sobrecarga y baja corriente durante la operación normal

3 Protección contra los desequilibrios

4 Protección de pérdida de fase

5 Secuencia de fase

6 Protección de motor por termistor

7 Protección de falla de conexión a tierra con dispositivo auxiliar CEM11-FBP o internamente calculado


La función de seguridad tendrá un conjunto de acciones establecidas en la


121

Figura 78. Función instrumentada de seguridad.


5.5.3 Estimación nivel SIL, Seguridad del personal. Para la estimación de la seguridad del personal, se debe tener en cuenta (4) cuatro factores:

1. Consecuencias en cuestión de lesiones del personal. (C2)

2. Frecuencia de exposición al proceso de producción del personal. (F1)

3. La probabilidad de evitar un evento peligroso. (P2)

4. Las probabilidades de ocurrencia de incidencias. (W2)

Los factores anteriormente en listados se describen en la TABLA 1. FACTORES CALCULO

SIL. El desarrollo de la temática se puede ver en la Fuente. Elaboración propia. Arrojando

un nivel SIL 1, con los factores propuestos.

122

Figura 79. Riesgo por lesiones a personas de acuerdo con IEC 61508 / IEC 61511.


Para el desarrollo practico en la estimación del nivel de seguridad SIL para personas,

tomamos como consideración los siguientes parámetros:

C2: Lesión grave permanente a (1) una o más personas; muerte a (1) una persona.

F1: Muy rara vez expuesto a la zona peligrosa.

P2: Casi imposible de mitigar.

W2: Una pequeña probabilidad de que ocurran las incidencias no deseadas y que

pocas incidencias no deseadas sean probables.

El nivel de integridad de seguridad (SIL) es una medida relativa de la probabilidad de que

el sistema de seguridad pueda proporcionar correctamente las funciones de seguridad

requeridas durante un periodo determinado de tiempo.

Cuanto mayor es el nivel de integridad de seguridad (SIL), mayor es la reducción del riesgo.

123

TABLA 26. RELACIÓN SIL CON FRR.

Modo demanda

SIL Niveles de seguridad integral FRR Factor de reducción del riesgo SIL 1 100 a 10

SIL 2 1000 a 100

SIL 3 10000 a 1000

SIL 4 100000 a 10000


A través del nivel SIL, definimos qué tan buena debe ser la función instrumentada de

seguridad (SIF).

El nivel SIL se define para el conjunto total de componentes de la función instrumentada de

seguridad (SIF).

Figura 80. Función instrumentada de seguridad.


5.6 PARÁMETROS PARA LA CLASIFICACIÓN SAFETY INTEGRITY LEVEL

(SIL) PARA EL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES ESTABLECIDO

PARA EL PROYECTO. En esta parte de desarrolla la cuantificación para la clasificación del nivel SIL. Para esta

cuantificación de tendrán en cuenta los requisitos que aplican en este ejercicio práctico.

124

5.6.1 Tipos de errores Para que una función de seguridad presente un mal funcionamiento se pueden presentar

fallos sistemáticos como:

Rangos de medición no aptos para la aplicación.

Diseño incorrecto de la parada de emergencia.

Temperatura de funcionamiento del sensor no conforme al manual de seguridad.

La protección externa del sensor no el adecuado para la aplicación.

Por otra parte, también son evidentes los errores no sistemáticos o aleatorios:

Fallo del hardware en la electrónica.

Error del sensor.

5.6.2 HFT, SFF, PFD, l, MTBF

5.6.2.1 Hardware fault tolerance Requerimiento técnico para la demanda de arquitectura del sistema, este requerimiento de

encuentra en la IEC 61511 y aplica para sensores, actuadores y sistemas lógicos no

programados. En la TABLA 27 se define el número de fallos permitidos de acuerdo a la

cuantificación del riesgo para las personas (SIL 1).

TABLA 27. TOLERANCIA A FALLOS DE HARDWARE MÍNIMOS SEGÚN SIL.

SIL Tolerancia a fallos de hardware mínimos

1 0 2 1

3 2

4 En él se establecen requisitos específicos. Ver IEC 61508


La HFT de un dispositivo indica la calidad de una función de seguridad, en el caso particular

de esta tesis tenemos que:

HFT=0; Uso de un solo canal. Una sola falla puede causar una pérdida de seguridad.

Para el caso práctico la TABLA 29¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.

Identifica el tipo de arquitectura del relé UMC 100.3, que es 1oo1 con diagnóstico.

HFT = 0; 1oo1: La reacción se activa y el sensor detecta un estado peligroso. (sin DFT).

Alta probabilidad de una falla peligrosa

5.6.2.2 Safe Failure Fraction Técnica que permite cuantificar la efectividad del diagnóstico hecho por el equipo, dicha

estimación se realiza de acuerdo a la siguiente Ecuación 1. Calculo SFF..

125

𝑆𝐹𝐹 = (∑ 𝜆𝑠 + ∑ 𝜆𝐷𝑑)/(∑ 𝜆𝑠 + ∑ 𝜆𝐷𝑑 + ∑ 𝜆𝐷𝑢)

Ecuación 1. Calculo SFF. [31]

Los componentes de la ecuación son:

ls, falla segura (lSd + lSu).

lDd, Peligro detectado.

lDu, Peligro no detectado.

Para calcular el SFF es necesario citar del manual de seguridad del arranque inteligente

UMC 100.3 los valores solicitados por la IEC 61508. A continuación, se exponen en la

TABLA 28

Utilizando la Ecuación 1, y los valores en la TABLA 29 Obtenemos:

TABLA 28. RESULTADOS CALCULO SFF PARA UMC 100.3.

SFF 84,80074143

Sd 0,000000131

Su 0,000000373

Dd 0,000000411

Du 0,000000164


TABLA 29. TASA DE FALLAS UMC 100.3 SEGÚN IEC 61508.

UMC 100.3 DC

Arquitectura 1oo1 Con diagnóstico

SIL 1

SFF (Fracción peligrosa de seguridad) 84,4%

Lambda peligrosa no detectada (LUD) 1,64 x 10−7

126

Lambda peligrosa detectada (LDD) 4,11 x 10−7

Lambda segura no detectada (LSU) 3,73 x 10−7

Lambda segura detectada (LSU) 1,31 x 10−7

Requisitos de seguridad Baja demanda

Probabilidad de fallo en demanda (PFD) A T1=10 años. A T1=03 años. T1= Prueba de ensayo

1,64 x 103

2,2 x 103


El valor calculado mediante las técnicas de la norma IEC 61508, es muy comparable con el

proporcionado por el fabricante del relé inteligente UMC 100.3.

5.6.3 SIF / SFF Teniendo en cuenta HFT, los resultados arrojados para el caso de estudio en la TABLA 27.

TOLERANCIA A FALLOS DE HARDWARE MÍNIMOS SEGÚN SIL. Determinaron SIL 1;

ahora se cruza con el valor obtenido de SFF para la SIF.

TABLA 30. INTEGRIDAD DE SEGURIDAD DE HARDWARE.

Safe Failure Fraction Hardware Fault Tolerance (HFT)

Tipo A Tipo B N = 0 N = 1 N = 2

--- 0%...< 60% --- SIL 1 SIL 2

0%...< 60% 60%...< 90% SIL 1 SIL 2 SIL 3

60%...< 90% 90%...< 99% SIL 2 SIL 3 SIL 4

≥ 90% ≥ 99% SIL 3 SIL 4 SIL 4


De esta forma se determina el tipo de los elementos que, componen el SIF y así poder

establecer SFF global (Todos los elementos en lazo abierto) de la SIF. De este modo

prosigue el análisis a la Probabilidad de falla bajo demanda.

En la TABLA 31. CALIFICACIÓN DEL SFF DE LOS COMPONENTES INDIVIDUALES. Se

identifican lsa cualidades de cada uno de los elementos que componen la SIF en lazo

abierto.

TABLA 31. CALIFICACIÓN DEL SFF DE LOS COMPONENTES INDIVIDUALES.

127

Sensor F - Input Función de seguridad F - Output Actuador

Tipo B SFF = 84%

Tipo B SFF = 84%

UMC 100.3 Tipo B

SFF = 84% Tipo

SFF = 76%

SIL SIL 1 SIL 1 SIL 1 SIL 1


El resultado del análisis de SFF de la SFI determina un nivel SIL 1.

5.6.4 SFF Análisis / PFD En el análisis de SFF global de la SIF se establecen los valores de los elementos y

tecnologías a implementar. De esta manera se debe hacer un análisis más profundo en

cuanto a la probabilidad de falla en demanda.

De la determinación inicial del nivel SIL para las personas (en nuestro caso SIL 1), según

la TABLA 32. DETERMINACIÓN DE PFD SEGÚN SIL. Tenemos que la probabilidad de

falla en demanda PDF es de ≥ 10−2𝑎 < 10−1.

TABLA 32. DETERMINACIÓN DE PFD SEGÚN SIL.

Modo demanda

SIL Niveles de

seguridad integral

PFD Probabilidad de falla en

demanda

FRR Factor de reducción

del riesgo

SIL 1 ≥ 10−2𝑎 < 10−1 100 a 10

SIL 2 ≥ 10−3𝑎 < 10−2 1000 a 100

SIL 3 ≥ 10−4𝑎 < 10−3 10000 a 1000

SIL 4 ≥ 10−5𝑎 < 10−4 100000 a 10000


La probabilidad de demanda al fallo predomina en la industria de procesos, este a su vez

Para establecer el PFD del SIF, la norma IEC61508 indica que, para el lazo de la función

de seguridad, se deben sumar algebraicamente el PFD de cada uno de los bloques que

representan un E / E / EP.

Según el diagrama de la Fuente. Tomado de Tenemos que el PFD SIF será igual a:

𝑷𝑭𝑫𝑺𝑰𝑭 = 𝑷𝑭𝑫𝑺𝒆𝒏𝒔𝒐𝒓 + 𝑷𝑭𝑫𝑹𝒆𝒍é + 𝑷𝑭𝑫𝑨𝒄𝒕𝒖𝒂𝒅𝒐𝒓

128

Ecuación 2. PFD del SIF.

Para calcular PFD SIF se debe realizar una conversión, puesto que este análisis se hace

por medio de la probabilidad de falla en horas de demanda. Tenemos que:

1𝐹𝐼𝑇 =1 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟

109ℎ

Ecuación 3. FIT.

Para calcular de una forma simplificada el PFD SIF tenemos que para:

1𝑜𝑜1; 𝑃𝐹𝐷 = 𝜆𝐷𝑢 ∗𝑇𝐼

2

Ecuación 4. PFD simplificado para 1oo1.

En ese orden de ideas tenemos que:

𝑷𝑭𝑫𝑺𝑰𝑭 = 𝑷𝑭𝑫𝑺𝒆𝒏𝒔𝒐𝒓 + 𝑷𝑭𝑫𝑹𝒆𝒍é + 𝑷𝑭𝑫𝑨𝒄𝒕𝒖𝒂𝒅𝒐𝒓

𝑷𝑭𝑫𝑺𝑰𝑭 = 𝟕 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 + 𝟕 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 + 𝟏, 𝟏 ∗ 𝟏𝟎−𝟑

𝑷𝑭𝑫𝑺𝑰𝑭 = 𝟐 ∗ 𝟏𝟎𝟑

Se realiza la validación, si aplica el resultado en los valores de los intervalos según la

TABLA 32

Para determinar el nivel SIL de una instalación es pertinente seguir este diagrama de flujo,

para determinar inicialmente la arquitectura, selección de equipos. Luego de esto verificar

los requerimientos para HFT, si cumple se determinará la PFD y en caso de que os valores

estén en los intervalos descrito anteriormente; Se ha verificado el nivel de seguridad SIL

preestablecido en el diseño y verificado el hardware para tal proceso. en la Figura 81.

Figura 81. Diagrama de flujo verificación de diseño.

129


130

6 CONCLUSIONES

Durante el desarrollo del primer objetivo y la identificación técnica y funcional del

CCM mediante la comparación de las prestaciones que puede ofrecer los dos tipos

de arranques se puede establecer claramente que con ayuda del relé inteligente

UMC 100.3 se obtienen mayores prestaciones en cuanto a diseño, seguridad,

funcionalidad, confiabilidad y monitoreo en comparación a las características que

ofrece el arranque convencional.

Si es posible mejorar la seguridad de un centro de control de motores que

implemente un relé inteligente UMC 100.3 ya que por medio de esta implementación

se incrementan los niveles de seguridad los cuales están directamente relacionadas

con las funciones de protección ofrecidas por el mismo, además de esto podrá

ofrecer comunicación que deriva en el control y diagnostico en tiempo real de las

variables monitoreadas del motor.

Se pudo concluir que el desarrollo continuo de tecnologías de automatización a nivel

de tableros eléctricos en Colombia y en específico en el sector Oil And Gas apuntan

a que la construcción de estos se enfoque especialmente a su seguridad y

confiabilidad tanto de la parte eléctrica como de la parte estructural ya que la

mayoría de los CCM´s del este sector han evolucionado al punto de controlar,

supervisar y comunicar en su afán por aumentar su producción.

Mediante el análisis de costos que se realizó se pudo concluir que la recopilación

de información y caracterización presentada en los objetivos 1 y 2 en donde se

describió y selecciono cada uno de los componentes fue vital para el buen desarrollo

de dicho análisis arrojando como resultado un costo total de 9.323,85 USD para el

CCM característico desarrollado que a la vez se desgloso en sus diferentes

componentes tanto en la tabla técnica como en la tabla de costos.

Mediante el análisis de costos que se realizó se concluyó que lo más costoso de un

centro control de motores como el que se caracterizo para el sector Oil And Gas son

los equipos de potencia y el barraje de cobre dependiendo claramente de la

capacidad de corriente que se maneja y el número de arranques que se encuentren

en el mismo.

En consecuencia, la norma IEC 61508 solo define lineamientos para las partes que

contienen E / E / EP, y no define o tiene en cuenta las protecciones pasivas que se

trataron en este documento. La aplicación de la norma depende directamente del

proceso productivo (proceso industrial) en estudio, es este caso en particular el

arranque motor. Por lo que la SIF establecida solo vincula los componentes que

hacen la acción, control y diagnostico en el arranque motor.

131

7 GLOSARIO

Centro de Control de Motores “CCM”: Celda o tablero eléctrico construido para controlar

y supervisar la instrucción eléctrica de motores dependiendo del tipo de arranque que

requieran. El tablero eléctrico se compone de etapas de potencia, control y servicios

auxiliares.

Relé inteligente: Dispositivo con la capacidad de monitorear, controlar y proteger un

proceso productivo. Las aplicaciones son diversas como la protección de líneas de

trasmisión, centros de control de motores y otros procesos productivos que necesiten

protección para su operación.

Nivel de seguridad Safety Integrity “SIL”: Es un compendio de normas que velan por la

seguridad en los equipos de la industria, para reducir o mitigar los riesgos generados por

los equipos al personal, activos de la empresa y el medio ambiente, como su nombre lo

indica es un nivel de seguridad integral (Safery Integrity Level).

Sector Oíl And Gas: Termino usador para el sector dedicado a la extracción de petróleo

desde su extracción hasta su tratamiento y comercialización.

Arranque motor: Este es una condición transitoria en el que se eleva la velocidad del

mismo desde el estado de Motor detenido hasta el de motor girando a la velocidad de

régimen permanente. El conjunto que se pone en marcha es inercia y existen varios tipos

para cada motor pueden ser: de plena tensión (arranque directo), reversible, Estrella –

Triángulo (arranque con voltaje reducido), variador de frecuencia (arranque inducido) y por

controladores programables (PLC).

Formas de segregación: Son las formas de separación interna de unidades o

componentes de un CCM, las cuales son particiones o barreras (metálicas o no metálicas),

que diferencian etapas de control o de potencia, entrada y salida del mismo.

Grados de protección IP: El grado de protección IP de los tableros en CCM’s hace

referencia a la norma internacional CEI 60529 (Degrees of Protection1) utilizado con mucha

frecuencia en los datos técnicos de equipamiento eléctrico o electrónico, en general de uso

industrial como sensores, medidores, controladores. Especifica un efectivo sistema para

clasificar el nivel de protección que sus materiales le proporcionan contra la entrada de

materiales extraños, mediante la asignación de diferentes códigos numéricos, el grado de

protección del equipamiento puede ser identificado de manera rápida y con facilidad.

Protección pasiva: La Protección pasiva hace referencia a que el CCM es mecánicamente

resistente ante un defecto de arco eléctrico, por tal razón, posee una estructura mecánica

robusta formada por perfiles de lámina en su mayoría de cosas de Acero reforzada COLD

ROLLED de mínimo de 2.66mm de espesor (Calibre No 12) e incluye un diseño interno que

permite una fácil evacuación de los gases a alta temperatura producidos al presentarse un

Arco.

Protección Activa: La protección activa se realiza mediante relés de protección o

interruptores limitadores se utiliza para separar las partes del tablero con elevadas

potencias de cortocircuito, reduciendo la intensidad de un posible arco. Estos se instalan

según el diseño, en la parte superior de cada columna permitiendo la limitación de los

132

efectos térmicos y dinámicos de cortocircuito tanto en las barras de derivación como en

todos los cubículos de los arranques.

Daño: Lesiones físicas o daños a la salud de las personas o daños a la propiedad o el

medio ambiente.

Peligro: Fuente potencial de daño.

Situación peligrosa: Circunstancia en la que las personas, los bienes o el medio ambiente

están expuestos a uno o más peligros.

Evento peligroso: Evento que puede resultar en un daño.

Hecho dañoso: Ocurrencia en el que una situación de peligro o de resultados de eventos

peligrosos en daños.

Riesgo: Combinación de la probabilidad de ocurrencia de daño y la gravedad de ese daño.

Riesgo tolerable: Riesgo que se acepta en un contexto determinado en base a los valores

actuales de la sociedad.

Riesgo residual: Riesgo que permanece después de las medidas de protección se han

tomado.

Riesgo EUC: Riesgo derivado de la EUC o su interacción con el sistema de control de EUC.

Riesgo objetivo: Riesgo que se pretende llegar a un peligro específico teniendo en cuenta

el riesgo EUC junto con los sistemas de seguridad E / E / PE y las otras medidas de

reducción de riesgos.

Seguridad: La ausencia de riesgo inaceptable.

Seguridad funcional: Parte de la seguridad general relativa a la EUC y el sistema de

control de EUC que depende del correcto funcionamiento de los sistemas de E / E / PE

relacionados con la seguridad y otras medidas de reducción de riesgos.

Estado seguro: Estado de la EUC cuando se consigue a seguridad.

Mal uso razonablemente previsible: Uso de un producto, proceso o servicio en una forma

no prevista por el proveedor, pero que puede resultar de la conducta humana fácilmente

predecible.

Equipos bajo el control EUC: Equipos, máquinas, aparatos o planta usada para la

fabricación, proceso, transporte, médico u otras actividades.

Ambiente: Todos los parámetros relevantes que pueden afectar a la consecución de la

seguridad en la aplicación específica en cuestión y en cualquier fase del ciclo de vida de

seguridad.

Unidad funcional: Entidad de hardware o software, o ambos, capaces de lograr un fin

determinado [ISO / IEC 2382-1, 01/01/40].

Aplicación: Tarea relacionada con la EUC en lugar de al sistema E / E / PE.

133

Software: Creación intelectual que comprende los programas, procedimientos, datos y

cualquier documentación asociada afectos a la explotación de un sistema de procesamiento

de datos.

Software del sistema: Parte del software de un sistema PE que se relaciona con el

funcionamiento de, y los servicios proporcionados por, el propio dispositivo programable,

en contraposición a la aplicación de software que especifica las funciones que realizan una

tarea relacionada con la seguridad de la EUC.

Los datos de configuración de datos de aplicación de software de aplicación: Los

datos de configuración de datos de aplicación de software de aplicación parte del software

de un sistema electrónico programable que especifica las funciones realizan una tarea

relacionada con EUC en lugar del funcionamiento de y los servicios proporcionados por el

dispositivo programable en sí.

Software preexistente: Elemento de software que ya existe y no se ha desarrollado

específicamente para el proyecto actual o sistema relacionado con la seguridad.

Datos: Información representada de una manera adecuada para la comunicación,

interpretación, o tratamiento mediante ordenadores.

Software de herramienta de apoyo en línea: Herramienta de software que puede influir

directamente en el sistema de seguridad durante su tiempo de ejecución.

Software de herramienta de apoyo fuera de línea: Herramienta de software que soporta

una fase del ciclo de vida de desarrollo de software y que no puede influir directamente en

el sistema de seguridad durante su tiempo de ejecución. Herramienta de software fuera de

línea se pueden dividir en las siguientes clases.

T1: No genera salidas que directa o indirectamente puedan contribuir al código ejecutable

del sistema de seguridad.

T2: Apoya la prueba o verificación del diseño o código ejecutable, donde los errores en la

herramienta puedan dejar de revelar defectos, pero no pueden crear directamente errores

en el software ejecutable.

T3: Genera salidas que directamente o indirectamente puedan contribuir al código

ejecutable del sistema de seguridad.

PE Electrónico programable: Basado en la tecnología informática que puede estar

compuesta de hardware, software y de las unidades de entrada y/o salidas.

Eléctricos / electrónicos / electrónicos programables electrónico E / E / PE: basado en

la tecnología / o electrónico programable (PE) eléctrico (E) y / o electrónico (E) y dispositivos

electrónicos.

Idioma variabilidad limitada: Lenguaje de programación de software, cuya notación es

textual o gráfica o tiene características de ambos, para los controladores electrónicos

programables comerciales e industriales con una gama de capacidades limitadas a su

aplicación.

Aplicación específica de circuito integrado ASIC: Circuito integrado diseñado y

fabricado para la función específica, donde su funcionalidad está definida por el

desarrollador de productos.

134

Sistemas de PE sistema electrónico programable: Sistema para el control, protección o

de seguimiento basado en uno o más dispositivos electrónicos programables, incluyendo

todos los elementos del sistema, tales como fuentes de alimentación, sensores y otros

dispositivos de entrada, autopistas de datos y otras vías de comunicación, y actuadores y

otros dispositivos de salida.

Eléctricos / electrónicos / electrónicos programables sistema electrónico E / E

sistema / PE: Sistema para el control, protección o de seguimiento basado en uno o más

(/ / E E PE) los dispositivos eléctricos / electrónicos programables electrónicos, incluyendo

todos los elementos del sistema, tales como fuentes de alimentación, sensores y otros

dispositivos de entrada, autopistas de datos y otras vías de comunicación, y actuadores y

otros dispositivos de salida.

Sistema de control de EUC: Sistema que responde a las señales de entrada procedentes

del proceso y / o desde un operador y genera señales de salida haciendo que la EUC para

operar de la manera deseada.

Arquitectura: Configuración especifica de los elementos de hardware y software del

sistema.

Módulo de software: Construcción que consta de procedimientos y/o declaraciones de

datos y que también pueden interactuar con otras construcciones de este tipo.

Canal: Elemento o grupo de elementos que implementan de forma independiente una

función de seguridad del elemento.

Diversidad: Diferentes medios de realización de una función requerida.

Sistemas de seguridad: Sistema designado que

– Implemente las funciones de seguridad necesarias para lograr o mantener un estado

seguro para el EUC.

– Se pretende lograr, por sí mismo o con otros sistemas relacionados con la seguridad

E/E/PE y otras medidas de reducción del riesgo, la integridad de seguridad necesaria para

las funciones de seguridad requeridas.

Otra medida de reducción de riesgo: Medir para reducir o mitigar el riesgo de que es

separada y distinta de, y no utiliza, sistemas de seguridad E / E / PE.

Sistemas de baja complejidad E / E / PE relacionado con la seguridad: Sistema de

seguridad E / E / PE, en la que

- Los modos de fallo de cada componente individual están bien definidos.

- El comportamiento del sistema en condiciones de fallo se puede determinar por completo.

Subsistema.

Subsistema: Entidad del diseño arquitectónico de nivel superior de un sistema de

seguridad donde un fallo peligroso de acuerdo con 3.6.7 (a) de los resultados del

subsistema en fallo peligroso de una función de seguridad de acuerdo con 3.6.7 (a).

135

Elemento: Parte de un subsistema que comprende un único componente o de cualquier

grupo de componentes que realiza una o más funciones de seguridad de los elementos.

[IEC 62061, definición 3.2.6, modificado].

Redundancia: La existencia de más de un medio para realizar una función requerida o para

la representación de información.

Función de seguridad: Función a ser implementado por un sistema de seguridad E / E /

PE o de otras medidas de reducción de riesgos, que tiene por objeto lograr o mantener un

estado seguro para el EUC, en relación con un evento peligroso específico.

La función de seguridad global: Medios de lograr o mantener un estado seguro para el

EUC, respecto de un evento peligroso específico.

Función de seguridad elemento: Que parte de una función de seguridad (ver 3.5.1) que

se realiza mediante un elemento.

Integridad de la seguridad: Probabilidad de que un sistema de seguridad E / E / PE

realizar satisfactoriamente las funciones de seguridad especificadas en todas las

condiciones establecidas dentro de un período de tiempo establecido.

Integridad de la seguridad del software: Parte de la integridad de la seguridad de un

sistema de seguridad relativas a fallos sistemáticos en un modo de fallo peligroso que son

atribuibles al software.

Integridad de seguridad sistemática: Parte de la integridad de la seguridad de un sistema

relacionado con la seguridad relativa a fallos sistemáticos en un modo peligroso de fallo.

Integridad de seguridad de hardware: Parte de la integridad de la seguridad de un

sistema relacionado con la seguridad en relación con los fallos de hardware al azar en un

modo peligroso de fallo.

SIL nivel de integridad de seguridad: Nivel discreto (uno de cuatro posibles),

correspondiente a una gama de valores de integridad de seguridad, donde el nivel de

integridad de seguridad 4 tiene el más alto nivel de integridad de seguridad y el nivel de

integridad de seguridad 1 tiene la más baja.

Capacidad sistemática: Medida (expresada en una escala de SC 1 a SC 4) de la confianza

de que la integridad de seguridad sistemática de un elemento cumple los requisitos de la

SIL especificado, respecto de la función de seguridad elemento especificado, cuando el

elemento se aplica de acuerdo con las instrucciones especificadas en el manual de

seguridad compatible elemento para el elemento.

Nivel de integridad de seguridad del software: La capacidad sistemática de un elemento

de software que forma parte de un subsistema de un sistema de seguridad.

E / E / PE especificaciones de requisitos de seguridad del sistema: Especificación que

contiene los requisitos para las funciones de seguridad y sus niveles de integridad de

seguridad asociados.

E / E / PE especificaciones de requisitos de seguridad del sistema funciones:

Especificación que contiene los requisitos para las funciones de seguridad que tienen que

ser realizada por los sistemas de seguridad.

136

E / E / PE especificaciones de requisitos de integridad de la seguridad del sistema:

Especificación que contiene los requisitos de integridad de la seguridad de las funciones de

seguridad que tienen que ser realizada por los sistemas de seguridad.

E / E del sistema / PE especificaciones de requisitos del diseño: Especificación que

contiene los requisitos de diseño para el sistema relacionado con la seguridad E / E / PE en

términos de los subsistemas y elementos.

Software relacionado con la seguridad: Software que se utiliza para implementar

funciones de seguridad en un sistema de seguridad.

Modo de operación: Forma en que opera una función de seguridad, que puede ser o bien

Modo de baja demanda: donde la función de seguridad se realiza solamente en la

demanda, con el fin de transferir la EUC en un estado Modo de baja demanda: donde la

función de seguridad se realiza solamente en la demanda, con el fin de transferir la EUC en

un estado seguro especificado, y donde la frecuencia de demandas no es mayor que uno

por año.

Modo de alta demanda: donde la función de seguridad se realiza solamente en la

demanda, con el fin de transferir la EUC en un estado modo de alta demanda: donde la

función de seguridad se realiza solamente en la demanda, con el fin de transferir la EUC en

un estado seguro especificado, y donde la frecuencia de demandas es mayor que uno por

año.

El modo continuo: donde la función de seguridad retiene el EUC en un estado seguro

como parte del funcionamiento normal.

Objetivo medida de fracaso: Probabilidad del objetivo de fallos de modo peligrosos que

deben alcanzarse en relación con los requisitos de integridad de la seguridad, se especifica

en términos de cualquiera

- La probabilidad media de un fallo peligroso de la función de seguridad en la demanda,

(para un modo de baja demanda de funcionamiento).

- La frecuencia media de un fallo peligroso [h- 1] (para un modo de demanda alta de

operación o un modo continuo de operación).

La reducción del riesgo es necesario: Reducción del riesgo de que se logra mediante los

sistemas de seguridad E / E / PE y / u otras medidas de reducción de riesgos con el fin de

garantizar que no se supere el riesgo tolerable.

Avería, fallo y error: Condición anormal que puede causar una reducción en, o pérdida de,

la capacidad de una unidad funcional para realizar una función requerida [ISO / IEC 2382-

14, 14-01-10].

Culpa: Condición anormal que puede causar una reducción en, o pérdida de, la capacidad

de una unidad funcional para realizar una función requerida [ISO / IEC 2382-14, 14-01-10].

Evitación de fallos: El uso de técnicas y procedimientos que tienen como objetivo evitar la

introducción de fallos durante cualquier fase del ciclo de vida de seguridad del sistema de

seguridad.

137

Tolerancia a fallos: Capacidad de una unidad funcional para continuar a realizar una función

requerida en la presencia de fallos o errores.

Fracaso: Finalización de la capacidad de una unidad funcional para proporcionar una

función requerida o la operación de una unidad funcional en otra forma que no sea

necesario.

Fallo de hardware al azar: Fracaso, se produce en un tiempo aleatorio, que resulta de uno

o más de los posibles mecanismos de degradación en el hardware.

Incumplimiento sistemático: Fracaso, relacionados de una manera determinista a una

cierta causa, que sólo puede ser eliminado por una modificación del diseño o del proceso

de fabricación, los procedimientos operativos, documentación u otros factores pertinentes

[IEV 191-04-19].

Fallo peligroso: El fracaso de un elemento y / o subsistema y / o sistema que desempeña

un papel en la implementación de la función de seguridad que:

a) impide una función de seguridad de funcionamiento cuando sea necesario (modo de

demanda) o provoca una función de seguridad que falle (modo continuo) tal que la EUC se

pone en un estado peligrosa o potencialmente peligrosa.

b) disminuye la probabilidad de que la función de seguridad funciona correctamente cuando

se requiera.

Fracaso seguro: El fracaso de un elemento y / o subsistema y / o sistema que desempeña

un papel en la implementación de la función de seguridad que:

a) resulta en la operación espuria de la función de seguridad para poner el EUC (o parte

del mismo) en un estado seguro o mantener un estado de seguridad.

b) aumenta la probabilidad de la operación espuria de la función de seguridad para poner

el EUC (o parte del mismo) en un estado seguro o mantener un estado seguro.

El fracaso depende: Fracaso cuya probabilidad no puede ser expresado como el simple

producto de las probabilidades incondicionales de los eventos individuales que la causaron.

Fallo de causa común: Fracaso, que es el resultado de uno o más eventos, causando

fallos simultáneos de dos o más canales separados en un sistema de múltiples canales,

que conduce a fallo del sistema

Error: Discrepancia entre un valor o condición computarizada, observado o medido y el

verdadero, especificado o teóricamente valor o condición correcta

Soft – error: Cambios erróneos a contenido de datos, pero no hay cambios en el circuito

físico en sí.

Sin fallo de una pieza: Fallo de un componente que no juega ningún papel en la

implementación de la función de seguridad.

Ningún fallo efecto: Fracaso de un elemento que juega un papel importante en la

implementación de la función de seguridad, pero no tiene efecto directo sobre la función de

seguridad.

138

Fracción de falla segura SFF: Propiedad de un elemento relacionado con la seguridad

que se define por la relación de las tasas de fracaso promedio de seguro más fallas

detectadas peligrosas y seguro además de fallas peligrosas. Esta relación se representa

mediante la siguiente ecuación:

SFF = (ΣλS avg + ΣλDd avg)/(ΣλS avg + ΣλDd avg+ ΣλDu avg )

Cuando las tasas de fracaso se basan en las tasas de fallas constantes, la ecuación se

puede simplificar a:

SFF = (ΣλS + ΣλDd)/(ΣλS + ΣλDd + ΣλDu )

Tasa de fracaso: Parámetro de confiabilidad (λ (t)) de una entidad (componentes

individuales o sistemas) tal que λ (t). DT es la probabilidad de falla de esta entidad dentro

de [t, t + DT] siempre que no haya fallado durante [0, t].

Probabilidad media de fallo peligroso en la demanda PFD: Indisponibilidad de seguridad

(ver IEC 60050-191) de un sistema de seguridad E / E / PE para llevar a cabo la función de

seguridad especificado cuando una demanda se produce desde el EUC o sistema de

control de EUC.

Probabilidad media de fallo peligroso en la demanda PFD avg: Significar

indisponibilidad (ver IEC 60050-191) de un sistema de seguridad E / E / PE para llevar a

cabo la función de seguridad especificado cuando una demanda se produce desde el EUC

o sistema de control de EUC.

Frecuencia media de un fallo peligroso por hora PFH: Frecuencia media de un fallo

peligroso de un sistema relacionado con la E / E / PE de seguridad para llevar a cabo la

función de seguridad especificada durante un período determinado de tiempo.

Tiempo de seguridad del proceso: Período de tiempo entre un fallo, que tiene el potencial

para dar lugar a un evento peligroso, que se producen en el sistema de EUC o control EUC

y el tiempo por el que la acción tiene que ser completado en la EUC para evitar que el

evento peligroso que ocurre.

Tiempo para la restauración significa MTTR: Tiempo medio para restaurar MTTR tiempo

esperado para lograr la restauración.

Tiempo de reparación MRT: El tiempo total de espera de reparación.

Ciclo de vida de seguridad: Actividades necesarias involucradas en la implementación de

sistemas relacionados con la seguridad, que se producen durante un período de tiempo

que comienza en la fase de concepción de un proyecto y termina cuando todos los sistemas

de E / E / PE relacionados con la seguridad y otras medidas de reducción del riesgo ya no

están disponibles para su uso.

Ciclo de vida del software: Actividades que tienen lugar durante un período de tiempo que

comienza cuando se concibe el software y termina cuando el software está fuera de servicio

de forma permanente.

Gestión de la configuración: Disciplina de identificar los componentes de un sistema en

evolución para los fines de controlar los cambios en los componentes y el mantenimiento

de la continuidad y la trazabilidad a lo largo del ciclo de vida.

139

La línea de base de configuración: Información que permita la liberación de software para

ser recreado de una manera sistemática y auditable, incluyendo: todo el código fuente, los

datos, archivos de tiempo de ejecución, documentación, archivos de configuración y scripts

de instalación que componen una versión de software; información acerca de los

compiladores, sistemas operativos y herramientas de desarrollo utilizado para crear la

versión de software.

Análisis de impacto: Actividad de determinar el efecto que un cambio en una función o

componente en un sistema tendrá que otras funciones o componentes en dicho sistema,

así como a otros sistemas.

Verificación: Confirmación mediante examen y provisión de evidencia objetiva de que se

han cumplido los requisitos.

Validación: Confirmación mediante examen y presentación de pruebas objetivas de que

se cumplan las exigencias particulares para un uso específico previsto.

Evaluación de la seguridad funcional: Investigación, basada en la evidencia, para juzgar

la seguridad funcional alcanzado por los sistemas de seguridad de uno o más E / E / PE y

/ u otras medidas de reducción de riesgos.

Auditoria de seguridad funcional: Examen sistemático e independiente para determinar

si los procedimientos específicos a los requisitos de seguridad funcional para cumplir con

las disposiciones planificadas se aplican eficazmente y son adecuados para alcanzar los

objetivos especificados.

Prueba de comprobación: Prueba periódica realiza para detectar los fallos ocultos

peligrosos en un sistema de seguridad de manera que, si es necesario, una reparación

puede restaurar el sistema a un “como nuevo” o lo más cerca posible a esta condición.

Cobertura del diagnóstico DC: Fracción de fallos peligrosos detectados por pruebas

automáticas en línea de diagnóstico. La fracción de fallos peligrosos se calcula mediante el

uso de las tasas de fallos peligrosos asociados con los fallos peligrosos detectados dividida

por la tasa total de fallos peligrosos.

Intervalo de prueba de diagnóstico: Intervalo entre las pruebas en línea para detectar

fallos en un sistema de seguridad que tiene una cobertura de diagnóstico especificado.

Detectando relevó abierto: En relación con hardware, detectada por las pruebas de

diagnóstico, pruebas de la prueba, la intervención del operador (por ejemplo, inspección

física y pruebas manuales), o por medio de la operación normal.

Sin ser detectados no revelada encubierta: En relación con hardware, sin ser detectados

por las pruebas de diagnóstico, pruebas de la prueba, la intervención del operador (por

ejemplo, inspección física y pruebas manuales), o por medio de la operación normal.

Evaluador: Persona, personas u organización que lleva a cabo la evaluación de la

seguridad funcional con el fin de llegar a un juicio sobre la seguridad funcional alcanzado

por los sistemas de E / E / PE relacionados con la seguridad y otras medidas de reducción

de riesgos.

Persona independiente: Persona que es independiente y distinta de las actividades que

tienen lugar durante la fase específica del sistema en su conjunto, E / E / PE o ciclo de vida

140

de seguridad de software que está sujeta a la evaluación de la seguridad funcional o

validación, y no tiene la responsabilidad directa de las actividades.

Departamento independiente: Departamento que es independiente y distinto de los

servicios responsables de las actividades que tienen lugar durante la fase específica del

sistema en su conjunto, E / E / PE o ciclo de vida del software de seguridad que está sujeta

a la evaluación de la seguridad funcional o la validación.

Organización independiente: Organización que es separada y distinta, por la dirección y

otros recursos, de las organizaciones responsables de las actividades que tienen lugar

durante la fase específica del sistema en su conjunto, E / E / PE o ciclo de vida de seguridad

de software que está sujeta a la evaluación de la seguridad funcional o validación.

Animación: Operación simulada del sistema de software (o de una parte significativa del

sistema) para mostrar los aspectos significativos del comportamiento del sistema, por

ejemplo, aplicada a una especificación de requisitos en un formato apropiado o una

representación de alto nivel apropiado del diseño del sistema.

Pruebas dinámicas: La ejecución de software y / o hardware de funcionamiento de una

manera controlada y sistemática, con el fin de demostrar la presencia de la conducta

requerida y la ausencia de un comportamiento no deseado.

Arnés de prueba: Instalación que es capaz de simular (hasta cierto grado útil) el entorno

operativo de software o hardware en fase de desarrollo, mediante la aplicación de casos de

prueba para el software y registrar la respuesta.

Manual de seguridad para los productos conformes: Documento que proporciona toda

la información relacionada con la seguridad funcional de un elemento, en relación con las

funciones de seguridad de los elementos especificados, que se requiere para asegurar que

el sistema cumple los requisitos de la norma IEC 61508 serie.

Probada de uso: Demostración, basado en un análisis de la experiencia operacional para

una configuración específica de un elemento, que la probabilidad de fallos sistemáticos

peligrosas es lo suficientemente baja para que cada función de seguridad que utiliza el

elemento alcanza su nivel de integridad de seguridad requerido.

141

8 BIBLIOGRAFÍA

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[23] ABB, «Cuardenillo aplicaciones N°6,» Propia, Barcelona, 2014.

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[25] Area Tecnología, «Area Tecnología,» [En línea]. Available:

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[27] R. D. Cruz Rodríguez, H. Torres Sánchez, M. M. Montoya Giraldo, J. Barrientos

Martín, L. M. Pineda Martínez, L. M. Niebles Anzola, O. L. Bedoya Mesa, B. Duque

Montoya, J. C. Gómez Gallego y C. A. Franco Pachón, «Caracterización del sectro

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[28] IEC 61508 -0, «Safety of electrical/electronic/programmable electronic safery-

Related system. Part 0: Functional safety and IEC 61508,» Propia, Ginebra, Suiza,

2005.


Related system. Part 4: Definitions and abbreviations,» Propia, Ginebra, Suiza, 2010.


Related system. Part 7: Overview of techniques and measures,» Propia, Ginebra,

Suiza, 2010.

143

[31] IEC 61508 -2, «Safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-Related

system. Part 2: Requirements electrical/electronic/programming electronic safety-

Related system,» Propia, Ginebra, Suiza, 2010.


Related system. Part 3: Software requirements,» Propia, Ginebra, Suiza, 2010.


Related system. Part 1: General requirements,» Propia, Ginebra, Suiza, 2010.


Related system. Part 5: Examples of methods for the determination of safety integrity

levels,» Propia, Ginebra, Suiza, 2010.


Related system. Part 6: Guidelines on the application of IEC 61508-2 and IEC 61508-

3,» Propia, Ginebra, Suiza, 2010.

144

9 ANEXOS

9.1 ANEXO A RESUMEN DE CARCATERISTICAS METALMECANICAS (TECNICA Y FUNCIONAL) DE CENTROS DE CONTROL DE MOTORES.

TABLA 33. TABLA CARACTERÍSTICAS METALMECÁNICAS DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES.

DESCRIPCIÒN

SINTESIS

Estructura metalmecánica ( Envolvente CCM’s )

Un CCM es un arreglo de varias unidades agrupadas para proteger un determinado conjunto de motores, ofrecen la ventaja de integrar dentro de un mismo gabinete los sistemas arrancadores de motores de distintas áreas de una planta, así como el sistema de distribución de esta, al utilizar este equipamiento se reducen los costos ya que las líneas de alimentación llegan a un solo lugar del CCM y desde allí salen los cables de poder y de control hacia las cargas finales.

Las características y especificaciones de un CCM convencional y corresponden a los requisitos para el diseño, pruebas en fábrica, suministro, las partes más representativas son: 1. Estructura Metalmecánica. 2.Ducto de barrajes principales. 3.Ducto de barrajes verticales. 4.Compartimeintos (Unidades fija / Unidades extraíble). 5.Compartimeinto de bornes y cables de control.

145

Normatividad relevante

Los CCM’s y sus componentes deben cumplir las previsiones aplicables estipuladas en la última edición de las normas mencionadas en la síntesis de esta tabla

Las normas primordiales con las que debe contar un CCM para pertener a un sistema electrico son:

- RETIE (Construcción). - IEC 61641 (Arco interno) - IEC 61439-1-2 (Diseño, pruebas) - IEC 255-6 (Relés de medida y equipos de

protección) - IEC- 529 (Grados de protección)

Clasificación

Los CCM’s se clasificarán bajo la última norma de edición de la IEC 60439-1 y que corresponde a tableros y CCM’s “Totalmente Probados”, a la vez esta los clasifica de acuerdo con su tipo de construcción y a su tipo de ejecución como también por la clase de cableado y su tipo.

- Según tipo de construcción:

Su clasificación se realiza bajo los siguientes parámetros:

- Según tipo de construcción:

UN FRENTE: Son aquellos que en los que las gavetas o bandejas se encuentran ubicadas en un solo frente teniendo acceso a las paredes activas desde el frente, pero las barras, el cableado y las partes activas desde la parte posterior.

146

- Según tipo de ejecución:

DOS FRENTES (BACK TO BACK): Estos sistemas Back to Back se ubican como lo muestra la Figura 24. Instalación back to back de CCM’s y son aquellos que en donde las gavetas o bandejas se encuentran ubicadas en los dos frentes el anterior y el posterior. Las partes activas tienen acceso desde los dos frentes, pero a las barras y al cableado interno solo se lleva solamente desmontados soportes desde cualquiera de los frentes.

- Según tipo de ejecución: EXTRAIBLES: Son aquellos que se caracterizan por tener sus gavetas totalmente extraíbles con la posibilidad de alcanzar la posibilidad insertado, extraído y prueba, entre otras más según se requiera; en este último el circuito de control está activo y el circuito de potencia esta desacoplado mecánicamente de las barras de fuerza. Los circuitos de fuerza, control y de cargas se desconectan automáticamente al extraer la gaveta.

147

- Según clase de Cableado.

ENCHUFABLES: Son aquellos que se caracterizan por tener sus gavetas enchufables, con la posibilidad de alcanzar la posibilidad insertada extraída en las cuales el circuito de fuerza se desconecta automáticamente al extraer la gaveta, pero los circuitos de control y carga deben ser desconectados manualmente. El concepto enchufable a la extensión Plug-in usada en las normas inglesas. FIJOS: Son aquellos que se caracterizan por tener sus gavetas o bandejas integradas a la celda o estructura de

forma fija. Todos los circuitos de distribución y carga se desconectan manualmente.

148

- Según clase de Cableado. CLASE 1: Esta clase de cableado establece ser exclusivo para cada gaveta o bandeja integrada y no es propio de ella tener interconexión con otras partes internas o externas del centro de control de motores. CLASE 2: Esta clase de cableado establece ser exclusivo para cada gaveta o bandeja integrada y es propio de ella tener interconexión con otras partes internas o externas del centro de control de motores, como los son los enclavamientos mecánicos y sistemas de control externos

Formas de segregación

De acuerdo con el ítem 8.101 de la norma IEC 61439-2, que trata sobre las formas de separación interna de unidades o componentes del CCM los cuales son las que por medio de particiones o barreras (metálicas o no metálicas), las formas típicas de separación por particiones.

149

Grados de protección IP:

El grado de protección IP de los tableros eléctricos y CCM’s hace referencia a la norma internacional CEI 60529 (Degrees of Protection1) utilizado con mucha frecuencia en los datos técnicos de equipamiento eléctrico o electrónico, en general de uso industrial como sensores, medidores, controladores, etc. Especifica un efectivo sistema para clasificar los diferentes grados de protección aportados a los mismos por los contenedores que resguardan los componentes que constituyen el equipo. Este estándar ha sido desarrollado para calificar de una manera alfa-numérica a equipamientos en función del nivel de protección que sus materiales contenedores le proporcionan contra la entrada de materiales extraños. Mediante

- Indices de proteción contra particular solidas.

150

la asignación de diferentes códigos numéricos, el grado de protección del equipamiento puede ser identificado de manera rápida y con facilidad.

- Indices de proteción contra particular liquidas.

151

Tipo de protección de la estructura

El diseño de los CCM’s contempla dos filosofías de protección las cuales proporcionan protección contra el ARCO ELECTRICO de dos maneras diferentes estimando las siguientes filosofías: Ambas características son utilizadas para satisfacer los requisitos de seguridad del operador y de la instalación previstos por el documento IEC 61641, la aplicación de solo una de estas filosofías o de ambas depende de las características y condiciones del sistema.

Protección Pasiva En su mayoría los CC con protección de arco interno pasiva conduce a los gases calientes hacia atrás y hacia arriba siendo liberada la presión de forma segura a través de los “flaps” situados en la parte superior. Cada sección y orientación de los flaps ha sido cuidadosamente estudiada y experimentada a fin de actuar como guía de los gases durante su evacuación.

152

- Protección Pasiva

- Protección Activa mediante relés de protección o interruptores limitadores.

Protección Activa mediante relés de protección o interruptores limitadores. La protección activa mediante relés de protección o interruptores limitadores se utiliza para separar las partes del tablero con elevadas potencias de cortocircuito, reduciendo la intensidad de un posible arco. Estos se instalan según el diseño, en la parte superior de cada columna permitiendo la limitación de los efectos térmicos y dinámicos de cortocircuito tanto en las barras de derivación como en todos los cubículos de los arranques


153

9.2 ANEXO B

RESUMEN DE CARCATERISTICAS (TECNICA Y FUNCIONAL) DE RELE INTELIGENTE UMC 100.3 PARA ARRANQUE MOTOR TABLA 34. TABLA CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y APLICATIVAS DE RELÉ UMC 100.3.

DESCRIPCIÒN

SINTESIS

154

Componenetes electricos relé inteligente UMC 100.3.

El Controlador de motor universal (UMC) es un controlador de motor inteligente para motores de inducción de corriente alterna trifásica, que combina las dos funciones clásicas de protección de motores y el manejo de motores en un solo dispositivo, además de ofrecer comunicación de diagnóstico y bus de campo. Las funciones del dispositivo se pueden ajustar en una amplia gama para cubrir las necesidades de diversas industrias. MÓDULO DE EXPANSIÓN I/O DX111

Modulo principal UMC 100.3 El bloque principal superior contiene las funciones relacionadas con la protección. Las señales de diferentes fuentes de señal se evalúan desde la unidad de disparo, según la configuración, se puede crear un disparo o una advertencia,la protección del motor siempre tiene prioridad con respecto al control de las salidas de relé. En caso de un disparo de protección, se abren los contactos relevantes y, a continuación, se para el motor Si el dispositivo falla, el vigilante abre automáticamente las salidas de relé por razones de seguridad. No hay posibilidad de evitar esta función de vigilancia. Las entradas principales para la protección del motor son la medición de corriente y el sensor del termistor. La medición de corriente proporciona información sobre la corriente real del motor en las tres fases. Un modelo de motor avanzado utiliza la información de corriente y calcula la temperatura de motor correspondiente. A un cierto nivel, se accionará un disparo de sobrecarga. La entrada del termistor mide la resistencia PTC. Sobre la base de la resistencia se puede distinguir el estado frío y caliente del motor. También se pueden detectar condiciones de cortocircuito o rotura de cables. MÓDULO DE EXPANSIÓN I/O DX111 El DX111 expande los canales de entrada y salida del UMC100.3.

155

MODULO DE EXPANSIÓN I/O DX122. MODULO DE TENSIÓN VI150

Modulo DX111 Equipado con - 8 entradas digitales aisladas

galvánicamente



- Nivel de tensión: DX111 - 24 V DC

MODULO DE EXPANSIÓN I/O DX122 El DX122 expande los canales de entrada y salida del UMC. Proporciona ocho entradas digitales para 110 V CA - 230 V CA, cuatro salidas de relé y una salida analógica para accionar un instrumento analógico. El diagrama #, muestra los terminales y los elementos de monitoreo del módulo DX122.

Modulo DX122 Equipado con

- 8 entradas digitales aisladas galvánicamente



- Nivel de tensión: DX122 - 110 / 230 V AC

MODULO DE TENSIÓN VI150 El VI150 añade funciones de protección de voltaje y potencia al UMC. Proporciona tres entradas de voltaje y

156

una salida de relé. Se puede utilizar en modo de operación trifásica y monofásica. La figura # muestra los terminales y los elementos de monitoreo del módulo VI150.


- 3 entradas de tensión L1, L2, L3 ( redes aterrizadas ) 150VAC / 690VAC

- 1 salida a relé


- Nivel de redes aterrizadas: 150VAC / 690VAC.





MÓDULO DE TENSIÓN VI155

157

MÓDULO DE TENSIÓN VI155

El VI155 añade funciones de protección de voltaje y potencia al UMC. Proporciona tres entradas de voltaje y una salida de relé. Se puede utilizar en modo de operación trifásica y monofásica. La figura # muestra los terminales y los elementos de monitoreo del módulo VI155.


- 3 entradas de tension L1, L2, L3 150VAC / 690VAC

- 1 salida a relé


- Nivel de redes aterrizadas o sin hacerlo:

Redes con tierra o sin aterrizar .Altitudes ______>2000 m.





158

MÓDULO DE ENTRADAS ANÁLOGAS AI111.

MÓDULO DE ENTRADAS ANÁLOGAS AI111. El módulo AI111 proporciona tres entradas analógicas. El tipo de las entradas puede configurarse mediante parámetros como entradas de temperatura (p. ej., PT100, PT1000) o como entradas de señal estándar (0 - 10 V, 0/4 - 20 mA).

Modulo AI111 Equipado con

- 3 entradas análogas, Configurada en Temperatura o señal estándar

- Se pueden conectar dos modulo al tiempo.

- Terminales para la alimentación de 24 V CC

- Hasta 3m de distancia entre el UMC100 y AI111

- Nivel de tensión: 24VAC.

159

MODULO PANEL LCD

MODULO PANEL LCD El panel de control es un accesorio para el UMC100.3 y se puede utilizar para monitorear, controlar y parametrizar el UMC100.3. Puede conectarse directamente o montarse por separado en la puerta del panel utilizando el kit de montaje. La siguiente figura # contiene el diagrama del panel de control.

Modulo Panel LCD - interfaz de usuario

multilingüe y completamente gráfica.

Arranque y parada del motor, y reconocimiento de fallos

- Visualización de valores medidos (por ejemplo, corriente del motor en A /% o tiempo de puesta en marcha) y estado de las entradas y salidas

- Carga y descarga de parámetros.

160

Protecciones inteligentes para el motor

El UMC proporciona una protección completa del motor, incluida detección de fallos de fase, protección del motor ajustable para motores estancados durante el arranque o la operación normal, límites de corriente configurables para generar disparos o advertencias, y mucho más. Las diferentes funciones de

161

protección y de monitoreo generan señales de advertencia, señales de disparo y valores de proceso medidos o calculados. Todos estos datos están disponibles para el usuario si desea mostrarlos en la pantalla LCD, transferirlos al sistema de control o transformarlos en una aplicación personalizada específica. El relé tambien tiene la particularidad de que se puede configurar de diferentes maneras, según la configuración del sistema, necesidades y accesorios que se necesiten, estas versátiles configuraciones ofrecen entre las protecciones más importantes. FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE CORRIENTE.

FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE CORRIENTE.

162

- PROTECCIÓN DE FALLA DE CONEXIÓN A TIERRA

- PROTECCIÓN DE FALLA DE CONEXIÓN A TIERRA

Esta configuración de las diferentes funciones de protección basadas en la corriente del motor del UMC, establece que las funciones de protección y de sobrecarga electrónica, memoria térmica y los puntos a tener en cuenta si el motor se arranca de forma cíclica.

- Sobre carga térmica El UMC protege los motores de CA monofásicos y trifásicos en cumplimiento con la norma IEC 60947-4-1. Las clases de disparo se pueden configurar en clase 5E, 10E, 20E, 30E o 40E como se evidencia en la figura #tal, La protección basada en cálculo de modelo térmico avanzado son valor de corriente, valor de carga térmica, tiempo de disparo (0-6533 s) y tiempo de refrigeración y la refrigeración después de sobrecarga está conformada en Tiempo o capacidad térmica.

- Rotor bloqueado Esta función detecta una situación de arranque largo que es causada a partir de un rotor bloqueado, por ejemplo. La función crea un disparo si la corriente del motor supera un umbral de forma continua durante un período de tiempo configurable, la detección temprana y el disparo del motor protegen al sistema mecánico accionado de un mayor daño, y al motor de la tensión térmica.

- Corriente alta Esta función es útil para proteger el sistema mecánico accionado de bloqueos y sobrecargas excesivas causadas por el equipo o el proceso. La función de corriente alta señaliza una advertencia cuando la corriente del motor supera un umbral establecido por un período de tiempo configurable, después de la puesta en marcha del motor. La función de corriente alta crea un disparo cuando la corriente excede un umbral configurado de forma continua

163

- FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE TENSIÓN

por separado para un período determinado de tiempo, después de la puesta en marcha del motor. PROTECCIÓN DE FALLA DE CONEXIÓN A TIERRA

- Corriente Baja La función de corriente baja se acciona cuando la corriente del motor cae por debajo de un nivel deseado. La función detecta la pérdida de succión de las bombas, cintas transportadoras rotas, la pérdida de flujo de aire para los ventiladores, herramientas rotas para máquinas, etc. Tales estados no dañan el motor, pero el diagnóstico precoz ayuda a minimizar el alcance de los daños a la instalación mecánica y la subsiguiente pérdida de producción. Los motores de baja carga extraen principalmente la corriente de magnetización y una corriente de carga pequeña para superar las pérdidas por fricción.

- Desequilibrio de fases La función de desequilibrio de corriente indica un fallo si la relación entre la corriente de fase más alta y más baja es superior al nivel de disparo configurado. El retardo de disparo depende de la configuración de la clase de disparo y se muestra en la siguiente tabla. Esta función solo se activa si la corriente promedio de las tres fases está por encima de > 25 % de la corriente nominal Ie. PROTECCIÓN DE FALLA DE CONEXIÓN A TIERRA. El monitoreo de la falla de conexión a tierra se lleva a cabo con la ayuda del dispositivo auxiliar CEM11 o basado en un cálculo interno de la corriente de falla de conexión a tierra del UMC100.3. La detección de fallas de conexión a tierra se puede utilizar para interrumpir el motor y evitar daños mayores o para alertar al personal de mantenimiento que realice el mismo oportunamente. Esta protección se basada en dispositivo de detección de fallas de conexión a tierra externo CEM11, el dispositivo CEM11 monitorea si la suma de las tres corrientes de fase es cero

164

y utiliza un transformador de corriente a través del cual se alimentan las 3 fases. FUNCIONES DE PROTECCIÓN DE TENSIÓN El UMC100.3, junto con el módulo de voltaje VI150/VI155, mide constantemente el voltaje de alimentación del motor (línea a línea), la corriente del motor y el ángulo de fase entre la corriente y el voltaje. el consumo de energía y la energía se calculan de estos valores y se utiliza para diversas funciones de protección y monitoreo. los diferentes valores de proceso pueden ser reportados al bus de campo y se muestran en el panel LCD, las siguientes funciones con las que cuenta. - Sobrevoltaje, subvoltaje - Pérdida de fase - Desequilibrio de voltaje - Distorsión armónica total - Sobrecarga, carga baja - Factor de potencia - Reacción de la caída de voltaje Entre las mas importantes caracterizamos las siguientes:

- Distorsión armónica total Esta protección se usa en caso de distorsión por encima del nivel de advertencia ajustable, se recomienda comprobar la red de alimentación para detectar equipos fallados o ruidosos. El THD se define como la relación de la suma de las potencias de todos los componentes armónicos y la potencia de la frecuencia fundamental.

- Factor de potencia y supervisión de potencia. Esta protección es de supervisión del factor de potencia están disponibles una advertencia y un umbral de disparo. El factor de potencia junto con la corriente del motor y el voltaje de alimentación son la base para calcular la potencia real consumida por el motor. Los umbrales de

165

- FUNCIONES DE PROTECCIÓN ADICIONALES

- EQUIPOS ADICIONALES REQUERIDOS PARA LA PROTECCIÓN MOTOR CON EL RELÉ UMC

advertencia y disparo se pueden establecer para la supervisión tanto de sobre potencia como de baja potencia. FUNCIONES DE PROTECCIÓN ADICIONALES Adicional a las funciones de protección expuestas anteriormente, el relé también cuenta con unas funciones adicionales como los muestra claramente la figura #tal. - Temperatura del motor - Supervisión de nivel - Supervisión de voltaje/corriente - Detección de falla a tierra - Desbalance - Secuencia de fase EQUIPOS ADICIONALES REQUERIDOS PARA LA PROTECCIÓN MOTOR CON EL RELÉ UMC - Fuentes de alimentación - Transformadores de corriente - Temporizadores

Ajustes comunicación inteligente ( redes y bus de campo

La forma más simple y fácil es montar la interfaz de comunicación directamente en el UMC100.3, en este caso, la interfaz es alimentada del UMC100.3 y la combinación se comporta como un controlador del motor con una comunicación integrada, esta solución se adapta mejor para proyectos que utilizan CCM’s

- EL RELÉ SE ESTABLECE UNA COMUNICACIÓN VÍA EL FIEDBUSPLUG A

EL RELÉ SE ESTABLECE UNA COMUNICACIÓN VÍA EL FIEDBUSPLUG A:

- PROFIBUS DP (2-125) - DeviceNet (2-64) - Modbus RTU - CANopen (1-127) - Modbus TCP -

Una sola versión del UMC100.3 para todas las redes de bus de campo y total protección y control del motor aún con alguna falla del bus de campo, también cuenta con interface de bus de campo y UMC100.3 pueden ser montadas separadas. BUSES DE CAMPO RELEVANTES CON LOS QUE CUENTA.

166

- BUSES DE CAMPO RELEVANTES CON LOS QUE CUENTA.

- SEPARACIÓN DEL NODO Y DEL EQUIPO.

- FLUJO DE LÓGICA PARA COMUNICAN:

- PROFIBUS DP V0/V1 / PDP22, PDQ22 - Modbus RTU / MRP21 - Ethernet Modbus TCP / MTQ22 - DeviceNet / DNP21 - CANopen / COP21

SEPARACIÓN DEL NODO Y DEL EQUIPO

- Solución compacta para conectar bus de campo a controlador de motores dentro de la gaveta.

- El nodo permanece en funcionamiento mientras la gaveta es cambiada o reparada.

- Versatilidad de separar Bus de campo de las gavetas extraíbles del CCm, realizando una conexión de punto común a su costado.

FLUJO DE LÓGICA PARA COMUNICAN Para los requerimientos de comunicación del relé inteligente UMC 100.3 es posible crear una adaptación óptima de la función de control con la ayuda de las diferencias accesorios expuestos anteriormente. Todas las funciones de control integradas se separan en lógica predefinida que es la más implementada y la lógica que requiere una programación específica.

Requerimientos comunes

Lógica predefinida ( 80%) Lógica que requiere programación (20%)

167

Configuración UMC100

con - LCD Panel - GSD, EDS -HWD -DTM

-Cambio de la lógica de control con bloques. - Cambio de parámetros en bloque por configuración simple.

Usos del relé

Para evitar alguna parada de motor inesperada el relpe cuenta con: - Detectando problemas de manera temprana - Total, información del estado del motor es requerida. - Minimizar los tiempos muertos en caso de alguna parada del motor inesperada. - Mediante un diagnóstico rápido y fácil de entender.

Usos específicos - Protección del motor - Control del motor - Control de motor extendido - Estaciones de control y modos de operación - Estado del motor/comunicación - Información de funcionamiento - Información de servicio - Información de diagnóstico - Comunicación abierta

Funcionalidades, Aplicaciones y beneficios

- FUNCIONALIDADES La mayor funcionalidad en aplicaciones complejas se cumple mediante la simple expansibilidad del Controlador de Motor Universal, por ejemplo, más I/Os para señales de proceso adicionales, más funciones de protección y supervisión a través de la medición de la tensión del motor.

FUNCIONALIDADES - Cada cubículo está conectado directamente a un motor - Los cubículos cuentan con paneles de control con botones de arranque y parada de funcionamiento. - Según se requiera los motores se arrancados o detenidos directamente desde el cubículo que le corresponda

168

- APLICACIONES

- BENEFICIOS

- Dentro de los cubículos existen sistemas de corte de energía que permiten desactivar los motores en caso de emergencia - Dependiendo de las maquinas que se necesiten utilizar los motores accionan independientemente facilitando su control y mantenimiento. APLICACIONES Formas:

- Alimentadores - Arranque reversible - Arranque directo - Arranque estrella – triangulo - Arranque suave - Variador de velocidad - Corrección del factor de potencia -

Tipos de industria: - Industria del petróleo y gas - Plantas de cemento - Industria del acero - Minería - Industria química - Suministro de agua y distribución - Plantas de energía - Industria de alimentos y bebidas - Plantas de pulpa y papel

BENEFICIOS - Automatización del funcionamiento del motor - Mínimo costo de supervisión

169

- Capacidad de operar individualmente los motores - Efectivas medidas de seguridad - Protección de los motores antes eventualidades como variaciones de energía, fallas o posibles descargas.


170

Anexo C.

El CCM quedara preparado para afrontar distintas áreas de aplicación

como lo pueden ser:

Fábricas de cemento

– Diseño robusto y compacto

– Varias entradas, por ejemplo, para consultar la posición del damper mediante los sensores de posición

La industria de petróleo y gas, productos químicos

– Programabilidad

– Monitoreo de falla de tierra

– Detección de tensión baja y reinicio configurable al reinicio

del voltaje

– Protección de motores en ambientes peligrosos (ATEX)

– Uso en redes IT

Plantas de pulpa y papel

– Diseño modular

– Comunicación flexible

Minería

– Tensión nominal del Motor hasta 1000 V

– Puede ser utilizado en altitudes de hasta 5000 m de altura

– Monitoreo de falla de tierra

Abastecimiento de agua y tratamiento

– Controles como sea necesario para bombas

Detección de sub-carga

– Aplicación de limpieza de bombas

Otros:

– Plantas siderúrgicas

– Naves

El CCM podra contar con los siguientes beneficios

El sistema inteligente de gestión de motorproporciona cualquier tipo de información sobreel motor y su estado. Esta información setransfiere al sistema de control general oconcentrador y también está disponibledirectamente en el panel del CCM

El CCM tendrá comunicación abierta, todos loscanales dirigidos desde un solo dispositivopuesto que hay mucha información disponible enlos CCM, es necesario transferirla de manerarápida por medio de los buses de campoestablecidos, así como los sistemas de redEthernet, garantizan este tipo de comunicación.

El CCM contará con un diseño compacto ysistema de medición y muchos I/Os integradosdebido a su diseño compacto y integral demedición, el cual podrá ofrecer medición en unespecio muy limitado.

Aspectos adicionales por los que resalta elRelé :

– Diseño compacto con sistema de mediciónintegrado

– Para motores trifásicos y monofásicos

– El dispositivo básico incluye lascaracterísticas más requeridas

– Fácil de extender para funcionalidadesavanzadas

– Ideal para Centros de Control de Motores(MCC)

– Comunicación flexible a través de todos lossistemas de bus

de campo comunes

– Profibus DP

– DeviceNet

– Modbus RTU

– Y a través de Ethernet

– Modbus TCP

– Profinet

– Aprobaciones en todo el mundo, ATEX

171

El CCM podrá quedar equipado con las siguientes funciones específicas :

Protección del motor

– El UMC100.3 proporciona completa protección al motor

– La protección de sobrecarga para motores de corriente

alterna monofásica y trifásico según EN/IEC 60947-4-1

– Corrientes nominal del motor de 0,24 a 63 A con sistema de medición integrado en una única versión

– Las corrientes nominales del motor > 63 A con transformador externo de corriente CT4L / CT5L

– Clases de disparo seleccionable 5E, 10E, 20E, 30E, 40E

– Protección del rotor bloqueado

– Protección falla, asimetría y secuencia de fase

– Protección contra baja/sobre corriente

– Protección del motor por termistor

– Detección de fugas a tierra internamente o usando el sensor CEM11

– Limitación de los arranques por hora del motor

– Protección del motor independiente del bus de Comunicación

En combinación con el módulo de voltaje VI150/VI155

– Baja tensión/sobretensión

– Supervisión de potencia

– Supervisión de factor de potencia (Cos)

– Detección de pérdida de fase, asimetría y secuencia basada en el voltaje

Control del motor

– Integración de las funciones más importantes de control de motores como bloques fácilmente parametrizables

– Arranque Directo, reversible, estrella-triangulo

– Reversión de giro / Polos conmutables Dahlander

– Actuador

– Avance lento

– Estrategia de reinicio ajustable (deslastre de cargas)

– Modo de arranque suave

Control de motor extendido

– Programación libre para las funciones de control especiales, específicas de la aplicación

– Adaptación simple de funciones de control especificas

– Biblioteca completa

– Bloques de lógica, contadores, temporizadores

– Acceso a todos los I/Os y señales internas

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CONTINUACIÓN:

Estaciones de control y modos de operación

– Configuración individual y flexible

– Operación remota vía DCS o PLC

– Control local mediante pulsadores

– Control local a través de panel de control UMC100-PAN

– Forzar local vía entrada digital señal de entrada

Información de funcionamiento

– Status del Motor

– Corriente del motor

– Carga térmica

– Corriente de arranque máxima

– Tiempo de rampa de arranque

– Tiempo de parada

– Tiempo restante de enfriamiento

Información de funcionamiento con el módulo de voltaje VI150/VI155

– Tensiones de fase

– Potencia activa

– Potencia aparente

– Factor de potencia

– Energía

Información de servicio

– Contador de horas de funcionamiento y parada del motor

– Número de arranques

– Número de disparos de sobrecarga

– Energía

Información de diagnóstico

– Advertencias y mensajes de error completos y con detalles

– Registro de los 16 errores anteriores

– Visualiza texto completo en el panel de control

Comunicación abierta

UMC100.3 es un dispositivo básico que puede utilizar varios métodos de comunicación. El protocolo de comunicación es seleccionado al conectar en la interfaz de comunicación adecuada o al conectar a una interfaz de red Ethernet.

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Anexo D

DESCRIPCIÓN UND CANT V/LISTA V/TOTAL GRUPO

ESTRUCTURA CELDA METALMECÁNICA LAMINA GALVANIZADA CCM

Celda metálica auto soportada de dimensiones 2200 x 1100 x 800 mm (alto x ancho x profundo), elaborada en lámina galvanizada Cl. 14/16. Acabado final pintura electrostática RAL 7035. Grado de protección IP 42 para uso interior y frente muerto para evitar contacto con partes energizadas.

Uni 1 USD 906,25 USD 906,25 Metalmecánica

Soporteria Pasillo control

Soporte barras pasillo 6 pernos. SBP-CONS6.

Uni 50 USD 40,67 USD 2.033,7 Auxiliares de Metalmecánica

Bisagra con tornillos M5, 40x40mm, en Zamac negro 3216-610404-30 INDUSTRILAS

Uni 100 USD 2,66 USD 265,63 Auxiliares de Metalmecánica

CONS-CL - Cerraduras con lengüeta Uni 50 USD 4,06 USD 203,01 Auxiliares de Metalmecánica

Pasillo CCM

Base Embarrado auxiliar AUXIGAINE (100cm), EMA-AUXGANE -


Soporte embarrado auxiliar SEA-AUXIGAINE.


Protección en resina barras pasillo, PRB-CONS.


Tapa en resina Barras pasillo, TRB-CONS. Uni 1 USD 33,48 USD 33,48 Auxiliares de Metalmecánica

Bisagra externa CCM arco interno, BECC-CONS.


Pieza aislante, soporte barras baja tensión negro, ASBN-CONS.


LL-C - Llave cuadradillo negra. Uni 1 USD 41,67 USD 41,67 Auxiliares de Metalmecánica

Portacandado para seccionador, PTC-CONS.


Accesorios adicionales Metalmecánica para ensamble

Placa 140x55mm acrílico bajo relieve fondo blanco letra negra


THTEP-173-593-5BK - Etiqueta realzada B-593 tamaño 50x25mm color negro

Uni 10 USD 0,38 USD 3,75 Consumibles

Rayo en triangulo 10x10 en placa metálica acero inoxidable.


Etiqueta adhesiva 480VAC 85mm x 35mm


Riel omega metálico tramo x 2 mts. LEGRAND


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Canaleta ranurada gris 25x60, 2mts. DEXON

Uni 1,5 USD 5,34 USD 8,02 Consumibles



Espiral protectora para cables, blanco, 9mm (3/8), 10mts, 3-8 cables 16AWG. DEXON


Espiral protectora para cables, blanco, 12mm (1/2), 10mts, 5-24 cables 16AW DEXON


Cinta aislante temflex 1700, retardante a la llama, 600V, 10 mts, amarilla. 3M


Correa de amarre blanca T4 (10cm x 2.5mm). DEXON


Bases adhesivas 25x25mm, blanco. (100Und). DEXON


EQUIPOS DE FUERZA

Totalizador

Interruptor tipo Caja Moldeada A3N 400, In=320A, 85kA/240V - 36kA/440V, unid. Disp. Tmf. ABB

Uni 1 USD 134,43 USD 134,43 Equipo de Fuerza

Accionamiento Giratorio Montaje En Puerta Para Interruptor A3. ABB


Contactos precableados, 1 contacto abierto-cerrado+1 contacto para la señalización de falla, para T4/5/6, 1SDA054910R1. ABB


Arranques Directos

16A 2

Guardamotor, In: 10-16A, corto circuito 100kA/230V, 20kA/440V, 20kA/500V, 1SAM350000R1011 / MS132-16. ABB


Mando giratorio montaje en puerta, IP64, (verificar compatibilidad), 1SAM201920R1001 / MSHD-LB. ABB


Anillo de alineación para mando MSHD/MSH. 1SAM201920R1000 / MSH-AR. ABB


EJE OXS6X160 para mango selector Uni 2 USD 2,34 USD 4,69 Equipo de Fuerza

Soporte Manija MSMN - Driver w. screw 6x6, para MS116 /MS132/ MS325/MO325. ABB


Contactos auxiliares de estado (1NA+1NC) para Guardamotor MS116/132. Montaje lateral, 1SAM201902R1001 / HK1-11. ABB


Señalización de disparo (1NA+1NC), uso con Guardamotor MS116, MS132, 1SAM201903R1001 / SK1-11. ABB


175

Contactor, (1NA) 100-250Vac/dc, Int. AC1/30A, AC3/16A, 1SBL177001R1310 / AF16-30-10-13. ABB


Contactos auxiliares (2NA+2NC), para contactor AF06-AF16 -NF, montaje lateral, 1SBN010140R1122 / CA4-22M. ABB


Relé UMC versión 100.3 Controlador universal a 110-240V AC/DC


Módulo de tensión V150, para sistemas aterrizados


32A 2

Guardamotor, In: 25-32A, corto circuito 50kA/230V, 20kA/440V, 10kA/500V, 1SAM350000R1015 / MS132-32. ABB




Anillo de alineación para mando MSHD/MSH, 1SAM201920R1000 / MSH-AR. ABB



Soporte Manija MSMN - Driver w. screw 6x6, para MS116 /MS132/ MS325/MO325. ABB.






Contactor, 100-250Vac/dc, Int. AC1/50A, AC3/32ª, 1SBL277001R1300 / AF30-30-00-13. ABB


Contactos auxiliares (2NA+2NC), para contactor AF06-AF16 -NF, montaje lateral, 1SBN010140R1122 / CA4-22M. ABB






63A 2

Guardamotor MS165-65, Ln: 52-63A. 60kA/230VAC, 45kA/440VAC. Marca: ABB.




176

Anillo de alineación para mando MSHD/MSH, 1SAM201920R1000 / MSH-AR. ABB



Soporte Manija MSMN - Driver w. screw 6x6, para MS116 /MS132/ MS325/MO325. ABB.






Bobina:100-250 [vac/dc], 40/ac3 - 70/ac1, Ref:1SBL347001R1300, Contactor Af. ABB


Contactos auxiliares (2NA+2NC), para contactor AF06-AF16 -NF, 1SBN010140R1122 / CA4-22M, montaje lateral. ABB



Uni. 2 USD 321,98 USD 643,95 Equipo de Fuerza


Uni. 2 USD 142,76 USD 285,53 Equipo de Fuerza

CONTROL DE SEIS ARRANQUES DIRECTOS INTELIGENTES

Transformador de control monofásico 100VA, 100VA-480/120 - 480/120Vac. C&CO.

Uni 6 USD 18,24 USD 109,46 Auxiliares de control

Fusible 1A, clase aM, 500V, 10 x 38mm, 16511-G. FERRAZ SHAWMUT


Porta fusible monopolar, montaje en riel, 690V-32A, 002541000 / VLC 10 - para fusible 10x38mm. ETI


Mini interruptor monopolar In:1x2A, curva C, Im: de 5 A a 10x In, Icu:3kA/230-400V, 10076381 / MDW-C2. ABB


Selector 3 posiciones fijas (2NA), 22mm, 12923168 / CSW-CK3F45-20000000-3VF. ABB


- Pulsador rojo (1NC), 22mm, IP66, 12922955 / CSW-BF1-01000000-3VF. ABB


- Pulsador verde (1NA), 22mm, IP66, 12923177 / CSW-BF2-10000000-3VF. ABB


Relevo enchufable 14 pines 120Vac, I contactos 7A, 700-HC14A1. ALLEN BRADLEY.


Base relevo enchufable 14 pines para 700-HC, 700-HN103. ALLEN BRADLEY


Piloto rojo, 110Vac/dc, 22mm, plástico, IP65, PEV0005 / QE22R- 110. VCP


177

Piloto verde, 110Vac/dc, 22mm, plástico, IP65, PEV0006 / QE22G-110. VCP


Piloto amarillo, 110Vac/dc, 22mm, plástico, IP65, PEV0007 / QE22Y-110. VCP


Microswich industrial tipo pulsador, 15A, 125/250V. (1NA-NC), Z15G1307. HIGHLY


Borna de paso tipo resorte 4 mm2 (#22…10 AWG), IEC 800V -32ª, 307 119 / PYK 4. KLEMSAN


Tapa final gris para borna PYK 4. KLEMSAN


Freno porta marcador de grupos de bornas. KLEMSAN


Freno de presión. KLEMSAN Uni 48 USD 0,28 USD 13,50 Auxiliares de control

Marcación blanca para borna, 1-10, 5x5mm. KLEMSAN


Cable iluminación #16AWG, C, Cu, 105°C, 600V, PVC retardande a la llama, Negro. CENTELSA

m 180 USD 0,14 USD 25,15 Auxiliares de control

Cable iluminación #16AWG, C, Cu, 105°C, 600V, PVC retardande a la llama, Verde. CENTELSA


Cable iluminación #16AWG, C, Cu, 105°C, 600V, PVC retardande a la llama, Blanco. CENTELSA


Terminal de canutillo, cable #16, Rojo. VOGT


Terminal de canutillo doble, cable #16, Rojo. VOGT


KITS DE SERVICIOS AUXILIARES

Transformador de control monofásico 500VA, 480/120Vac. C&CO


Fusible 1A, clase aM, 500V, 10 x 38mm. FERRAZ SHAWMUT


Porta fusible monopolar, montaje en riel, 690V-32A, para fusible 10x38mm. ETI


Mini interruptor monopolar In:1x6A, curva C, Im:de 5 A a 10x In, Icu:5kA/230-400V. WEG


Lampara led T5, 4W, 85-265Vac, 400Lm, 30cm.


Microswich industrial tipo pulsador, 15A, 125/250V. (1NA-NC) HIGHLY


Termostato punto rojo 0 a +60 °C, para resistencias, 01140.0-00 / KTO 011. STEGO


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Higrostato mecánico, 35-95%RH. STEGO Uni 1 USD 49,18 USD 49,18 Auxiliares de control

Resistencia calefactora 100W, 110/250Vac/dc. BECOR


Cable siliconado #16AWG, C, Cu, 200°C, 600V. CENTELSA


Cable iluminación #16AWG, C, Cu, 105°C, 600V, PVC retardande a la llama, Negro. CENTELSA


Terminal de canutillo, cable #16, Rojo. VOGT


Terminal enchufable hembra, aislada con nylon, cable #22-16, lengüeta 6,3x0,8. BM GROUP


Riel omega metálico tramo x 2 mts. LEGRAND




Borna de paso tipo resorte 4 mm2 (#22…10 AWG), IEC 800V -32A. KLEMSAN


Tapa final gris para born PYK 4. KLEMSAN


Freno porta marcador de grupos de bornas. KLEMSAN


Freno de presión. KLEMSAN Uni 2 USD 0,28 USD 0,56 Auxiliares de control

Mini interruptor monopolar In:1x16A, curva C, Im: hasta 10x In, Icu:10kA/230-400V, 11422690 / MDWH-C16. ABB


Caja plástica para toma. PAVCO Uni 1 USD 0,42 USD 0,42 Auxiliares de control

Toma doble, tierra aislada, 15A, 125 V, naranja. LEVITON


Tapa para toma doble IG con marcación (ISOLATED GROUND) color naranja. LEVITON


Etiqueta adhesiva tamaño 11.1x12.7mm color blanca


Marquilla termo encogible 6,4 amarilla Uni 15 USD 0,14 USD 2,17 Auxiliares de control

BARRAJE

Barraje principal 3F + N

Barraje de cobre 30x5mm. m 8,4 USD 10,69 USD 89,78 Barrajes

Funda termo encogible 30x5mm m 8,4 USD 1,88 USD 15,75 Barrajes

Aislador 31x40mm, T. trabajo 2kV, FF 2000N. MATRIMOL


Barraje T

Barraje de cobre 20x5mm. m 1 USD 1,16 USD 1,16 Barrajes

Funda termo encogible 20x5mm m 1 USD 1,88 USD 1,88 Barrajes

Puntas cable para conexiones gavetas de arranques

179

Cable THHN/THWN-2 #14AWG, C, Cu, 90°C, 600V, PVC retardante a la llama, Negro. CENTELSA

m 40 USD 0,20 USD 7,88 Equipo de Fuerza

Terminal de canutillo, cable #12, Gris. VOGT


Cable THHN/THWN-2 #12AWG, C, Cu, 90°C, 600V, PVC retardante a la llama, Verde. CENTELSA


Terminal de canutillo, cable #14, Azul. VOGT


Cable THHN/THWN-2 #6AWG, C, Cu, 90°C, 600V, PVC retardante a la llama, Negro. CENTELSA


Terminal de canutillo, cable #6, Verde. VOGT



Costo final de los equipos

UDS 9.324