Minerals Mining Day 2015 - Marbella Solución Eléctrica y de Automatización para Proyectos de Agua Diego Valdivia, Lundin Candelaria – Mauricio Gómez, Siemens S.A. Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. siemens.com/answers Temario • Contexto • Regulación de altura y presión de fluido • Transferencia Sincrónica • Control de Lazo Abierto • Control de Lazo Cerrado • Tecnología Sinamics GH180 Perfect Harmony • Caso Minera Candelaria • Conclusiones Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. I DT Minerals – Mining & Cement Aplicaciones de Bombas Sistemas de Impulsión Pumps Pumps Motors Drives Motor type: induction MV – Squirrel Cage Output: 500 to 5000 kW Square Torque Overload: no Speed : 1500rpm Variable torque Output: 500 to 5000 kW Drive type: Yes - Availability Fixed speed: yes / no Energy Restricted © Siemens AG - 2013 AllSaving rights reserved. Starter type: VFD Page 3 - Synchronous Transfer I DT Minerals – Mining & Cement Aplicaciones de Bombas Sistemas de Impulsión • Es usual sistemas de regulación mecánicos a través de válvulas de estrangulación. • Utilizar variadores de frecuencia para adaptar la velocidad a caudal requerido. • El motor entrega la potencia requerida en el punto de operación necesaria. • Los sistemas de impulsión usualmente incluyen estaciones de bombeo las cuales incorporan conjunto de varios motores Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 4 I DT Minerals – Mining & Cement Aplicaciones de Bombas Sistemas de Impulsión • Es usual sistemas de regulación mecánicos a través de válvulas de estrangulación. • Utilizar variadores de frecuencia para adaptar la velocidad a caudal requerido. • El motor entrega la potencia requerida en el punto de operación necesaria. • Los sistemas de impulsión usualmente incluyen estaciones de bombeo las cuales incorporan conjunto de varios motores Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 5 I DT Minerals – Mining & Cement Aplicaciones de Bombas Sistemas de Impulsión-Transferencia Sincrónica Por qué utilizar como partidor VDF: • En motores de MV de altas potencias, los VDF pueden ser utilizados como partidores, esto puede parecer más costoso, sin embargo es más barato y rápido que aumentar la SC MVA de la instalación. Concepto de transferencia sincrónica: • Es la capacidad del VDF de acelerar un motor y sincronizar los terminales de este a la línea, usando contactores, y luego desconectar el VDF del circuito Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 6 I DT Minerals – Mining & Cement Aplicaciones de Bombas Sistemas de Impulsión-Transferencia Sincrónica Por qué utilizar transferencia sincrónica: • En aplicaciones de bombas, múltiples bombas son operadas hidráulicamente en serie o paralelo para obtener la altura presión o caudal necesario. • Es entonces necesario operar el numero apropiado de bombas para llegar al punto de operación deseado; más presión significa que más bombas deben ser operadas ¿Por qué utilicar Sync – Tranfer? Pump 1 M1 M2 Pump 2 M3 Current Level Pump 3 MCC1 MCC2 MCC3 L1 V1 L2 V2 L3 V3 Main PLC Controller Perfect Harmony VFD PLC Interface Card Reservoir Line Voltage To An External Process VFD Output Motor Control Centers Restricted Siemens AG 2013 All rights reserved. Process © Feedback Signal Page 7 I DT Minerals – Mining & Cement Transferencia Sincrónica – Lazo Abierto ¿Qué tipo de transferencia utilizar?, lazo abierto o lazo cerrado VS VFD Lazo Abierto § El contactor VS es abierto antes del cierre del contactor de línea CS § Algunos fabricantes ofrecen transferencia “abierta” para simplificar el control del VDF Motor CS VS CS Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 8 I DT Minerals – Mining & Cement Transferencia Sincrónica – Lazo Abierto § Un tema mayor de este enfoque es el tiempo que ambos contactores están abiertos, ya que no es enteramente predecibles, pero típicamente nunca menos de 50ms a 100ms. (3 a 6 ciclos). Esto podría ser sustancialmente más si hay un PLC cordinando la transferencia VS VFD Motor § Durante este tiempo, el motor no esta produciendo torque y comienza a decelerarse debido a la influencia del torque de la carga. § Cuando el contactor de línea es cerrado, hay un enorme torque pulsante debido que el voltage de alientación y la contra fem estan fuera de fase CS VS CS Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 9 I DT Minerals – Mining & Cement Voltage del Motor Durante la Transferencia Abierta Notar el cambio en la fase a los 1.55 seg. XY Plot 4 Ansoft LLC 10.00 bus_transfer Curve Info R2.V TR R3.V TR R1.V TR 7.50 5.00 Y1 [kV] 2.50 0.00 -2.50 -5.00 -7.50 Restricted -10.00 © Siemens AG 2013 All rights reserved. 1.45 1.47 Page 10 1.50 1.52 Time [s] 1.55 1.58 1.60 I DT Minerals – Mining & Cement Torque del Motor Durante la Transferencia Abierta 50ms Tiempo de Apertura ~5 PU Torque Transiente XY Plot 1 Ansoft LLC 500.00 bus_transfer TR Curve Info induction_motor.MI induction_motor.MI [kNewtonMeter] 375.00 250.00 125.00 0.00 -125.00 1.25 AG 2013 All rights reserved. 1.38 Restricted © Siemens Page 11 1.50 1.63 Time [s] 1.75 1.88 2.00 I DT Minerals – Mining & Cement Transferencia Sincrónica – Lazo Cerrado ¿Qué tipo de transferencia utilizar?, Lazo Cerrado VS § Ambos contactores (VS y CS) están cerrados por un breve intervalo. VFD § Durante el proceso de transferencia del motor a la red, se chequean secuencia, amplitud y fase. § Igualar la fase es escencialmente importante, ya que un error en la fase provocará un gran transiente de corriente y torque del motor § El reactor actua como un limitador de corriente para proteger el VDF del corto circuito. Motor CS VS CS Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 12 I DT Minerals – Mining & Cement Tecnología Sinamics GH180 Perfect Harmony Requires Sinamics GH180 Perfect Harmony Isolation Transformer Included Harmonic Filtering Inherent Power Factor Correction Inherent Converter Included Output (sine-wave) filter Inherent Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 13 I DT Minerals – Mining & Cement Tecnología Sinamics GH180 Perfect Harmony Power Cell Schematic Input from transformer secondary Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 14 I DT Minerals – Mining & Cement Topología SINAMICS GH180 Perfect Harmony 4160 Volt Drive (750 V Power Cells) Typical Power Schematic of a ROBICON Perfect Harmony Drive Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 15 I DT Minerals – Mining & Cement Tecnología Sinamics GH180 Perfect Harmony A 4,160 volt supply can be assembled from 750 volt sources. Equivalent circuit of 9-cell Harmony drive with all cells in service. Vab= 1,78 x 750 x 3 x 1,05 = 4.205 V A A3 750 Vac A2 750 Vac A1 VAC 750 Vac VBA 120o TYP. C1 B1 N 750 Vac 750 Vac C2 B2 750 Vac 750 Vac B3 C3 750 Vac 100% VOLTAGE 750 Vac AVAILABLE C Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. V Page 16 CB B I DT Minerals – Mining & Cement Tecnología Sinamics GH180 Perfect Harmony Typical Power Schematic of a ROBICON Perfect Harmony Drive 6.0~11.0 kV Drive (750 V Cells) Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 17 I DT Minerals – Mining & Cement Tecnología Sinamics GH180 Perfect Harmony A 6,600 volt supply can be assembled from 690 volt sources. A Equivalent circuit of 15-cell Harmony drive with all cells in service. A5 750 Vac A4 750 Vac A3 750 Vac Vab= 1,78 x 750 x 5 x 1,05 = 7.008 V A2 750 Vac 750 Vac C1 C2 C3 C4 C5 750 Vac 750 Vac 750 Vac N 120o TYP. B1 750 Vac B2 750 Vac 750 Vac 100% VOLTAGE AVAILABLE 750 Vac C VCB VBA A1 VAC El voltaje de salida se puede incrementar en un 5% con un factor de sobremodulación B3 750 Vac B4 750 Vac B5 750 Vac B VCB Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 18 I DT Minerals – Mining & Cement Calidad de energía de entrada y salida Output Waveforms @ 60 Hz and 30 Hz 1000 HP / 750 KW VFD, 1100 kVA 5.75% Impedance Source Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 19 I DT Minerals – Mining & Cement Caso Minera Candelaria – Tren de bombas Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 20 I DT Minerals – Mining & Cement Sistemas de Impulsión Principio Hidráulico TDH ( m) • El arreglo en serie es comúnmente usado para obtener mas presión. 36 m • Al operar una bomba gemela en serie, las presión aumentara, también el caudal. 20 m 16 m • En cuanto aumente la presión dependerá de la curva del sistema. 15 m3/hr 20 m3/hr Q( m3/hr) • La bomba que operaba sola ahora disminuirá su presión, aumentara su potencia y aumentara su NPSHr Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 21 I DT Minerals – Mining & Cement Sistemas de Impulsión Transferencia Sincrónica Cerrada – Unilineal Tablero Alimentacion Tablero de Bypass Bypass 400A Tablero de Bypass Tablero de Bypass Bypass 400A Bypass 400A 3 3 3 3 Output Output Output VFD LR VFD Bus Tablero Salida Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 22 M M M 750HP 750HP 750HP 3300V 3300V 3300V M1 M2 M3 I DT Minerals – Mining & Cement Sistemas de Impulsión Transferencia Ascendente Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 23 I DT Minerals – Mining & Cement Sistemas de Impulsión Transferencia Descendente Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 24 I DT Minerals – Mining & Cement Sistemas de Impulsión Transferencia Sincrónica Cerrada Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 25 I DT Minerals – Mining & Cement Caso Minera Candelaria – Tren de bombas Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 26 I DT Minerals – Mining & Cement Conclusiones: Instalación, operación y mantención • El sistema permite total escalabilidad, ya que se han ido adicionando motores sin necesidad de realizar nuevas configuraciones. • El mantenimiento se puede realizar incluso dejando fuera el VDF y operando con todos los motores desde la red • El equipo no necesita ningún elemento externo, simplifica y asegura la operación. • La adición de un PLC, solamente se utiliza para interlock de proceso y funciones que dan mayor flexibilidad. Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 27 I DT Minerals – Mining & Cement Mauricio Gómez Siemens S.A. PD LD P AP Celular: +56 9 94075576 E-mail: [email protected] siemens.com/answers Restricted © Siemens AG 2013 All rights reserved. Page 28 I DT Minerals – Mining & Cement
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