¿Por qué la CA de 220 V cayó a CA de 80 V? Falla de la válvula de bola eléctrica causada por la caída de tensión en una línea de 600 metros

En los sistemas de control de automatización industrial, el funcionamiento fiable de las válvulas de bola eléctricas es fundamental para la seguridad y la eficiencia del proceso. El siguiente estudio de caso describe un ejemplo reciente de solución de problemas en el que una válvula de bola eléctrica instalada en un gasoducto de un parque industrial no se abría ni se cerraba después de completar el cableado. A través de una inspección sistemática y un análisis profesional, nuestro equipo identificó rápidamente la causa raíz e implementó una solución eficaz. Compartimos el proceso a continuación para referencia de la industria.

Especificaciones técnicas

• Escenario de aplicación: Gasoducto de un parque industrial
• Propósito: Cierre del gasoducto principal
• Medio: Gas natural
• Tamaño de la válvula: DN300
• Material del cuerpo: WCB
• Tipo de conexión: Brida
• Señal de control: Señal de conmutación
• Fuente de alimentación de funcionamiento: CA220V
• Vida útil de diseño: 6 años
• Fecha de puesta en marcha: Diciembre de 2024
• Ubicación de la instalación: Shanghái

Después de completar la conexión del cable entre la válvula de bola eléctrica y el armario de control, los operadores descubrieron que la válvula no se abría ni se cerraba al recibir la orden. Este fallo inhabilitó la función de regulación del gasoducto, lo que afectó directamente al suministro normal de gas para las empresas del parque.

Solución de problemas y análisis

El equipo de soporte técnico de GRAT intervino con prontitud. La inspección inicial confirmó el cableado correcto, seguido de la medición sistemática de los parámetros eléctricos:

• El voltaje real medido en los terminales del actuador eléctrico fue de solo CA80V, significativamente inferior a los CA220V.
• Según la fórmula de potencia P = UI (la potencia del actuador es de 1,2 kW), con potencia constante, una disminución del voltaje conduce a un aumento de la corriente.
• La corriente de funcionamiento medida alcanzó los 18A. Esta corriente excesiva activó la protección contra sobrecorriente incorporada en el armario de control, impidiendo el funcionamiento de la válvula de bola eléctrica.

Análisis de la causa raíz:
La fuerte caída de tensión se debió principalmente a la larga distancia del cable de 600 a 700 metros entre la válvula de bola eléctrica y el armario de control. A una distancia tan larga para la transmisión de energía, la importante caída de tensión hizo imposible cumplir con el voltaje requerido para el arranque normal del actuador.

Los factores clave que afectan a la caída de tensión en la línea son:

• Material del conductor (por ejemplo, el cable con núcleo de cobre tiene menor resistividad y menor caída de tensión)
• Longitud de la línea (una longitud mayor aumenta la caída de tensión)
• Sección transversal del conductor (una mayor área reduce la resistencia y la caída de tensión)
• Temperatura ambiente (una temperatura más alta aumenta la resistencia del conductor)

Esta situación pone de manifiesto una consideración de diseño fundamental: prevenir una caída de tensión excesiva en las instalaciones de válvulas de bola eléctricas, especialmente a largas distancias.

Solución e implementación

Abordando la causa raíz de la avería, evaluamos dos soluciones viables:

1. Cambiar la tensión nominal: Modificar la tensión de funcionamiento del actuador de CA220V a CA380V. Aunque CA380V ofrece una tensión estable y una corriente más baja, esta opción se excluyó debido a la ausencia de una fuente de alimentación de CA380V en el sitio, los altos costes de la sustitución del actuador y los posibles problemas de compatibilidad.
2. Reubicar el armario de control: Después de discutirlo con el personal in situ, el armario de control se trasladó más cerca de la válvula de bola y se reinstaló el cableado. Las pruebas posteriores a la reubicación confirmaron que la válvula de bola reanudó su funcionamiento normal, resolviendo la avería.

Resultados de la implementación:
Después de decidir la Solución 2, nuestro equipo de construcción ejecutó el plan con prontitud. El armario de control se reposicionó a aproximadamente 50 metros de la válvula de bola eléctrica. Se instalaron nuevos cables de alimentación y control de acuerdo con las especificaciones. La depuración y las pruebas posteriores a la modificación incluyeron:

• Medición de la tensión en la entrada del actuador con un voltímetro de precisión, confirmando una CA215V estable, que cumple totalmente con el requisito nominal.
• Comprobación de la corriente de arranque con un medidor de pinza, mostrando una lectura estable de 8,2A, dentro del rango de funcionamiento normal.
• Realización de múltiples pruebas de funcionamiento de apertura/cierre, con la válvula de bola eléctrica respondiendo con precisión y fiabilidad a las señales de control.

Después de 72 horas de monitorización continua, todos los parámetros del sistema se mantuvieron estables, lo que confirmó que la avería se había eliminado por completo. Esta resolución exitosa no solo solucionó el problema inmediato, sino que también proporcionó valiosos conocimientos para planificar la disposición de los actuadores eléctricos en condiciones similares, sirviendo como referencia clave para el diseño de futuros proyectos.

Resumen de la experiencia

Este caso reitera que durante las fases de diseño e instalación de los sistemas de automatización industrial, es esencial una evaluación exhaustiva de los parámetros del sistema eléctrico y la disposición de los equipos. Se debe prestar especial atención a:

• Evaluar con precisión las distancias de la fuente de alimentación para evitar el mal funcionamiento del equipo debido a la caída de tensión en la línea.
• Seleccionar científicamente las especificaciones de los cables, considerando áreas de sección transversal mayores para escenarios de transmisión de energía a larga distancia.
• Garantizar que la planificación integrada considere la coincidencia de la potencia, la colocación de los equipos y la lógica de control.

La gestión eficaz de la caída de tensión en los sistemas de válvulas de bola eléctricas es crucial para la fiabilidad. GRAT sigue comprometida con la prestación de servicios técnicos profesionales y un riguroso análisis de fallos, ofreciendo soluciones fiables de válvulas de control para garantizar la seguridad, la estabilidad y la eficiencia de los sistemas industriales. Agradecemos las consultas y la cooperación de clientes de diversos sectores.