Como dimensionar um cabo de alimentação para uma bomba submersível de poço profundo

Um motor de superfície normalmente está localizado perto de seu painel de controle e permanece acessível para inspeção. Um motor de bomba de poço pode operar a dezenas ou centenas de metros abaixo do solo.

A rota elétrica pode incluir:

• Cabo do transformador para o painel

• Cabo do painel para a cabeça do poço

• Cabo descendo pelo poço

• Cabos de fábrica do motor

• Emenda subaquática

• Resistência de terminal e conexão

Cada seção contribui para a queda de tensão total.

O cabo submerso também deve operar em um ambiente restritivo. Ele pode ser exposto a:

• Imersão contínua

• Pressão hidrostática

• Temperatura da água

• Química da água

• Abrasão contra o revestimento

• Pressão do grampo do cabo

• Vibração da bomba

• Cargas mecânicas durante a instalação

• Envelhecimento da isolação a longo prazo

Um cabo adequado para um edifício industrial seco não é automaticamente adequado para uma instalação submersa em poço.

Comece com o motor exato em vez do nome da série da bomba.

Registrar:

• Potência nominal do motor

• Tensão nominal

• Frequência

• Alimentação monofásica ou trifásica

• Corrente nominal

• Corrente de plena carga ou corrente máxima de operação

• Fator de potência

• Eficiência

• Método de partida

• Número de cabos do motor

• Classe de isolamento

• Tolerância de tensão permitida

• Dados de comprimento máximo de cabo do fabricante

As bombas submersíveis SLAPK podem ser configuradas para diferentes tensões e frequências, incluindo requisitos específicos de projeto de 50 Hz e 60 Hz. As configurações disponíveis dependem do modelo de motor e bomba selecionado.

Não assuma que dois motores com a mesma classificação em quilowatts tenham a mesma corrente. A corrente nominal muda com a tensão, fase, eficiência, fator de potência e projeto do motor.

Use a folha de dados do motor confirmada para o pedido exato.

Não use apenas a profundidade do poço como comprimento do cabo.

A rota elétrica completa pode incluir:

• Distância do transformador ao painel de controle

• Distância do painel de controle à cabeça do poço

• Cabo adicional dentro do painel

• Profundidade da cabeça do poço até a conexão do motor

• Loop de serviço na cabeça do poço

• Cabo necessário para terminação

• Roteamento em torno de estruturas

• Previsão de manutenção planejada

Se o poço tiver 120 m de profundidade, mas o painel de controle estiver a 45 m da cabeça do poço, a rota elétrica já é substancialmente mais longa do que apenas a seção submersa.

Use o comprimento real da rota de ida ao consultar a tabela de cabos do motor aplicável ou ao realizar o cálculo de queda de tensão. Aplique a fórmula correta para o arranjo de fase; não dobre ou multiplique comprimentos manualmente, a menos que o método de cálculo selecionado exija isso.

O cabo de fábrica do motor também deve ser incluído se o método de dimensionamento do fabricante não o considerar.

O requisito de corrente do cabo é normalmente baseado na corrente confirmada do motor e nas regras elétricas aplicáveis.

Não calcule o tamanho do cabo apenas a partir de quilowatts quando uma corrente nominal estiver disponível.

A revisão do projeto deve considerar:

• Corrente de operação normal

• Fator de serviço do motor, se aplicável

• Corrente de partida

• Duração da partida

• Frequência de partidas

• Temperatura ambiente

• Agrupamento de cabos

• Método de instalação

• Conteúdo harmônico de um VFD

• Coordenação necessária do dispositivo de proteção

A corrente de partida geralmente não significa que o cabo deva carregar a corrente de rotor travado continuamente. No entanto, o cabo deve manter tensão suficiente durante a partida para que o motor desenvolva torque adequado.

Um cabo longo e subdimensionado pode criar uma grande queda de tensão durante a partida, mesmo quando sua capacidade de corrente contínua parece aceitável.

Capacidade de corrente é a corrente contínua que um cabo pode transportar sob condições especificadas sem exceder sua temperatura permitida do condutor ou isolamento.

A capacidade de corrente publicada depende de:

• Material do condutor

• Área da seção transversal do condutor

• Material de isolamento

• Número de condutores carregados

• Construção do cabo

• Temperatura ambiente

• Instalação no ar, conduíte, solo ou água

• Agrupamento com outros cabos

• Regulamentos elétricos locais

Um cabo que passa no cálculo de queda de tensão ainda deve satisfazer os requisitos de capacidade de corrente.

Inversamente, um cabo que pode transportar corrente com segurança ainda pode ser muito pequeno devido à queda de tensão excessiva em uma longa distância. Ambas as verificações são necessárias.

A queda de tensão ocorre porque todo condutor tem resistência e impedância elétricas.

Para um cálculo resistivo simplificado, a queda de tensão aumenta com:

• Comprimento do cabo

• Corrente do motor

• Resistividade do condutor

Diminui à medida que a área da seção transversal do condutor aumenta.

Para um condutor de cobre, uma relação simplificada é:

Queda de tensão é proporcional a corrente * comprimento do cabo / área do condutor

Um cálculo completo de CA também pode considerar:

• Fator de potência

• Reatância do condutor

• Configuração do cabo

• Temperatura de operação

• Alimentação trifásica ou monofásica

Para um motor trifásico balanceado, use uma fórmula de queda de tensão trifásica ou uma tabela de cabos aprovada pelo fabricante. Para um motor monofásico, use o método monofásico correto.

Não misture os dois cálculos.

A tensão calculada nos terminais do motor deve permanecer dentro da faixa permitida pelo fabricante do motor sob condições de funcionamento e partida.

A mesma perda de tensão representa porcentagens diferentes em tensões de sistema diferentes.

Por exemplo, uma perda de tensão fixa é mais significativa em um sistema de menor tensão do que em um sistema de maior tensão.

Queda de tensão excessiva pode causar:

• Redução do torque de partida

• Tempo de aceleração estendido

• Corrente do motor mais alta

• Chocalho do contator

• Desarmes repetidos de sobrecarga

• Superaquecimento do motor

• Operação instável do VFD

• Falha na partida sob carga hidráulica

• Redução da vida útil

As informações de solução de problemas da SLAPK identificam baixa tensão, fio excessivamente fino e cabo muito longo como possíveis razões para um motor submersível falhar na partida.

A seleção do cabo deve, portanto, ser coordenada com a tensão real disponível no local, não apenas com a tensão nominal do sistema.

Um motor consome significativamente mais corrente durante a partida direta do que durante a operação normal.

Como a queda de tensão está relacionada à corrente, a queda temporária durante a partida pode ser muito maior do que a queda em funcionamento.

A revisão da partida deve considerar:

• Capacidade disponível do transformador

• Capacidade do gerador

• Impedância do sistema de alimentação

• Comprimento do cabo e tamanho do condutor

• Corrente de rotor travado do motor

• Torque de partida da bomba

• Conexões da cabeça do poço e do painel

• Método de partida

• Tempo de aceleração

Um motor pode operar normalmente após atingir a velocidade, mas ainda falhar na partida porque a tensão do terminal colapsa durante a aceleração.

Possíveis métodos de partida incluem:

• Partida direta

• Partida estrela-triângulo

• Partida com autotransformador

• Soft starter

• Inversor de frequência

O método selecionado deve ser compatível com os cabos do motor, tensão, painel de controle e requisitos do projeto.

Não assuma que a instalação de um soft starter ou VFD permite automaticamente um cabo menor. As instruções completas do fabricante e o projeto elétrico ainda se aplicam.

O cobre é comumente usado para cabos de bombas submersíveis devido à sua condutividade, confiabilidade de conexão e disponibilidade.

Se condutores de alumínio forem considerados para uma seção de superfície, o projetista deve considerar:

• Maior área de condutor necessária

• Compatibilidade de terminação

• Controle de oxidação

• Resistência mecânica

• Expansão térmica

• Classificações de conectores

• Transição para cabos de motor de cobre

Não faça uma conexão subaquática de cobre para alumínio, a menos que todo o sistema de emenda seja especificamente projetado e aprovado para esse fim.

O material condutor usado no cálculo de queda de tensão deve corresponder ao cabo real.

A porção submersa deve ser um cabo especificamente classificado para imersão contínua e as condições de água esperadas.

Fatores de seleção incluem:

• Água doce ou salgada

• Temperatura máxima da água

• Pressão hidrostática

• Exposição química

• Exposição a óleo ou hidrocarbonetos

• Construção plana ou redonda

• Diâmetro externo do cabo

• Flexibilidade

• Resistência à abrasão

• Classificação de tensão

• Material de isolamento e revestimento

• Aprovação para água potável, quando exigido

Um cabo flexível padrão pode parecer fisicamente semelhante, mas pode não ser projetado para serviço subaquático contínuo.

Confirme tanto o isolamento quanto o revestimento externo. Um revestimento à prova d'água não compensa o isolamento do condutor inadequado para a tensão, temperatura ou período de imersão.

Cabos de bomba submersível estão disponíveis em construções planas e redondas.

O cabo plano pode ser útil onde o espaço livre entre a bomba, a tubulação de elevação e o revestimento é limitado. Ele pode ficar mais próximo do tubo ou da proteção do cabo.

O cabo redondo pode ser preferido para certas glândulas, vedações, grampos de cabo e sistemas de proteção mecânica.

A escolha correta depende de:

• Conexão do motor

• Espaço livre do revestimento do poço

• Projeto da glândula do cabo

• Método de fixação do cabo

• Kit de emenda

• Equipamento de instalação

• Aprovação do fabricante

A forma do cabo não determina a capacidade do condutor. Confirme a área do condutor, isolamento, classificação de tensão e desenho dimensional.

A seleção do cabo também afeta se o conjunto da bomba pode passar pelo poço.

Verifique o envelope combinado de:

• Bomba e motor

• Tubulação de elevação

• Cabo

• Proteção do cabo

• Grampos de cabo

• Emenda subaquática

• Válvulas de retenção

• Acoplamentos de tubo

• Centralizadores

A emenda pode ser mais espessa que o próprio cabo e pode se tornar a dimensão de instalação controladora.

Verifique o diâmetro interno mínimo do revestimento ao longo de todo o caminho de instalação. Permita folga prática para desvio do revestimento, juntas, depósitos e recuperação.

Para orientação dimensional relacionada, consulte Bombas de poço de 6 polegadas vs 8 polegadas: Como escolher.

Uma bomba de poço profundo geralmente requer uma conexão entre os cabos de fábrica do motor e o cabo de descida estendido.

Esta conexão deve fornecer:

• Continuidade elétrica confiável

• Baixa resistência de conexão

• Resistência mecânica

• Isolamento elétrico

• Uma barreira de água permanente

• Compatibilidade com o isolamento do cabo

• Um perfil externo liso

• Resistência ao estresse de instalação

As instruções de conexão de cabo SLAPK mostram a preparação das pontas dos condutores, junção mecânica, envolvimento de isolamento e múltiplas camadas de vedação. O método e os materiais aprovados devem ser seguidos para o cabo real fornecido.

Uma emenda eletricamente isolada, mas não estanque, pode falhar após a imersão.

A entrada de água em um cabo ou junta pode levar a:

• Baixa resistência de isolamento

• Falhas de aterramento

• Falhas fase-fase

• Corrosão dos condutores

• Desarmes de proteção

• Danos ao enrolamento do motor

Use um kit de emenda submersível aprovado pelo fabricante ou procedimento de conexão documentado.

Cortar ou danificar fios do condutor

Remover o isolamento descuidadamente pode reduzir a área efetiva do condutor e enfraquecer a conexão.

Unir tamanhos de condutores diferentes incorretamente

O conector e o sistema de vedação devem acomodar ambos os condutores e permanecer mecanicamente seguros.

Deixar projeções pontiagudas

Pontas de condutor pontiagudas ou bordas de conector podem penetrar o isolamento durante o envolvimento ou instalação.

Usar fita elétrica comum sozinha

Algumas camadas de fita de uso geral não formam necessariamente uma vedação confiável em água profunda.

Prender umidade dentro da junta

As pontas do cabo e os materiais de conexão devem estar limpos e secos antes da vedação.

Fazer a emenda muito grande

Uma junta superdimensionada pode prender em juntas do revestimento ou ser danificada durante a descida.

Colocar a emenda sob estresse mecânico repetido

A emenda não deve suportar a carga do cabo suspenso ou permanecer dobrada bruscamente contra um acoplamento.

O cabo de alimentação deve ser suportado ao longo da tubulação de elevação para que não fique pendurado livremente, esfregue contra o revestimento ou se mova excessivamente durante a operação.

Os suportes de cabo devem:

• Segurar o cabo sem esmagá-lo

• Resistir ao ambiente de água e instalação

• Evitar bordas afiadas

• Acomodar movimento térmico e mecânico

• Permanecer seguros durante a partida da bomba

• Permitir a remoção segura do conjunto

Proteções de cabo devem ser usadas onde necessário em torno das seções da bomba e do acoplamento.

Não use materiais de fixação metálicos que possam cortar o revestimento do cabo ou criar uma condição galvânica inadequada.

O intervalo e o material de fixação devem seguir os requisitos da bomba, do cabo e do instalador.

A seleção do cabo não pode ser separada do sistema de proteção do motor.

O painel de controle pode incluir:

• Proteção contra curto-circuito

• Proteção contra sobrecarga do motor

• Proteção contra perda de fase

• Proteção contra sequência de fase

• Proteção contra subtensão e sobretensão

• Proteção contra falha de aterramento

• Proteção contra funcionamento a seco

• Monitoramento de temperatura

• Controle de nível

• Soft starter

• Inversor de frequência

As configurações de proteção devem ser baseadas no motor confirmado e nas instruções do fabricante.

Um relé de sobrecarga não deve ser ajustado mais alto apenas para evitar desarme intempestivo causado por baixa tensão ou cabo danificado. Encontre e corrija a causa elétrica ou hidráulica.

Um VFD altera a forma de onda elétrica fornecida ao motor.

Cabos de motor longos podem aumentar os efeitos de onda refletida, estresse de tensão, corrente de fuga e interferência eletromagnética. O comprimento permitido do cabo pode depender de:

• Modelo do drive

• Frequência de portadora

• Tensão de saída

• Isolamento do motor

• Construção do cabo

• Aterramento

• Reator de saída

• Filtro dV/dt

• Filtro de onda senoidal

Siga as instruções de comprimento máximo de cabo do fabricante do VFD e do motor.

O cabo também deve ser adequado para a saída do drive e instalado com o arranjo de aterramento e blindagem necessários.

Não aplique uma tabela de cabos de linha direta padrão a um sistema VFD sem verificar a documentação do drive.

A instalação da bomba deve incluir o condutor de aterramento ou de proteção exigido pelo código elétrico aplicável e pelo projeto do equipamento.

O aterramento ajuda os dispositivos de proteção a responder à falha de isolamento e reduz o risco de choque.

Não use a tubulação de elevação, cabo de segurança ou revestimento do poço como substituto não verificado para o condutor de proteção necessário.

O arranjo de aterramento deve incluir:

• Conexão de aterramento do motor

• Aterramento do painel de controle

• Condutor de proteção do cabo

• Ligação de componentes metálicos necessários

• Terminação correta

• Teste de continuidade

Regulamentos elétricos locais e condições do local determinam o projeto final.

Antes de baixar a bomba, inspecione e teste o cabo e o conjunto do motor.

Verificações recomendadas podem incluir:

• Inspeção visual do revestimento do cabo

• Verificação da continuidade dos condutores

• Comparação da resistência fase-fase

• Teste de resistência de isolamento

• Continuidade do condutor de aterramento

• Inspeção da emenda

• Comparação da resistência do enrolamento do motor

• Confirmação da identificação de fase

• Verificação do comprimento do cabo

Use a tensão e o procedimento de teste especificados pelo fabricante do motor e do cabo.

Desconecte equipamentos eletrônicos sensíveis, incluindo um VFD, antes de realizar testes de resistência de isolamento, quando exigido por suas instruções.

Registre os resultados antes da instalação. Esses valores de base ajudam a diagnosticar problemas futuros.

Repita as verificações elétricas necessárias após baixar a bomba, mas antes da operação normal.

Isso pode revelar danos causados por:

• Puxar o cabo

• Contato com bordas do revestimento

• Isolamento esmagado

• Uma emenda danificada

• Terminação incorreta

• Entrada de água na conexão

Durante a comissionamento, registre:

• Tensão de alimentação

• Tensão do terminal do motor ou do painel

• Equilíbrio da tensão fase-fase

• Corrente de funcionamento em cada fase

• Comportamento de partida

• Resistência de isolamento

• Configurações de proteção

• Fluxo da bomba e pressão de descarga

O desequilíbrio de corrente pode indicar desequilíbrio de tensão, problema de conexão, dano ao cabo ou falha do motor.

Suponha que uma bomba trifásica de poço profundo será instalada a 150 m abaixo da cabeça do poço, enquanto o painel de controle está a 35 m do poço.

A placa de identificação do motor e os dados do fornecedor fornecem a tensão nominal, corrente, método de partida e comprimento permitido do cabo.

O engenheiro deve:

1. Adicionar o cabo submerso, rota de superfície, margem de serviço e cabos de fábrica do motor, conforme exigido pelo método de cálculo selecionado.

2. Identificar a corrente nominal e de partida.

3. Selecionar um cabo de cobre com classificação para submersão com isolamento adequado.

4. Verificar sua capacidade de corrente nas condições reais de instalação.

5. Calcular a queda de tensão em funcionamento.

6. Verificar a tensão disponível do motor durante a partida.

7. Comparar o resultado com a faixa permitida pelo fabricante.

8. Aumentar o tamanho do condutor se os requisitos de queda de tensão ou capacidade de corrente não forem atendidos.

9. Verificar as dimensões externas do cabo e da emenda em relação à folga do revestimento.

10. Confirmar o cabo com o fornecedor do painel de controle, partida ou VFD.

11. Documentar a área final do condutor, comprimento, método de emenda e configurações de proteção.

O cabo final não pode ser selecionado apenas pela profundidade de instalação.

• Selecionar o tamanho do condutor apenas pela potência do motor em quilowatts

• Ignorar o cabo de superfície entre o painel e a cabeça do poço

• Usar a profundidade nominal do poço como comprimento total do cabo

• Verificar a capacidade de corrente, mas não a queda de tensão

• Verificar a tensão em funcionamento, mas não as condições de partida

• Usar cálculos monofásicos para um motor trifásico

• Usar cabo comum para imersão contínua

• Ignorar a temperatura e a química da água

• Instalar uma emenda subaquática não aprovada

• Permitir que o cabo esfregue contra o revestimento

• Não incluir a emenda na verificação de folga

• Ignorar o comprimento máximo do cabo do motor do VFD

• Aumentar as configurações de sobrecarga em vez de corrigir a baixa tensão

• Não testar o isolamento antes e depois da instalação

Envie as seguintes informações ao fornecedor do motor, cabo e painel de controle:

• Modelo completo da bomba e do motor

• Potência nominal do motor

• Tensão e frequência nominais

• Alimentação monofásica ou trifásica

• Corrente nominal

• Método de partida

• Capacidade do transformador ou gerador

• Distância da alimentação ao painel de controle

• Distância do painel à cabeça do poço

• Profundidade de instalação da bomba

• Comprimento e tamanho do cabo de fábrica do motor

• Material e área da seção transversal do cabo proposto

• Requisito de cabo plano ou redondo

• Temperatura e química da água

• Diâmetro interno mínimo do revestimento

• Modelo do VFD e faixa de frequência de operação

• Padrão elétrico local exigido

• Arranjo de aterramento

• Partidas esperadas por hora

• Regime de operação contínuo ou intermitente

Que tamanho de cabo preciso para uma bomba de poço profundo?

A resposta depende da corrente do motor, tensão, fase, comprimento total do cabo, limite de queda de tensão, método de partida, condições de instalação e regulamentos locais. A potência do motor e a profundidade do poço sozinhas não são suficientes.

Posso usar um cabo maior do que o tamanho mínimo do fabricante?

Muitas vezes sim, desde que seja compatível com os terminais, emenda, equipamento de controle e folga do poço. Um condutor maior reduz a queda de tensão, mas aumenta o custo, o peso e o diâmetro externo.

O comprimento do cabo inclui a distância até o painel de controle?

Sim. Todas as seções elétricas que contribuem para a queda de tensão devem ser incluídas de acordo com o método de cálculo escolhido.

Posso usar um cabo flexível normal debaixo d'água?

Somente se for especificamente classificado para imersão contínua, a tensão, temperatura, pressão e condições de água necessárias. Cabos flexíveis gerais não devem ser considerados adequados.

Um VFD me permite usar um cabo menor?

Não automaticamente. O cabo ainda deve atender aos requisitos de capacidade de corrente, queda de tensão, isolamento, aterramento e do fabricante do drive. Cabos de saída VFD longos podem exigir filtros ou reatores adicionais.

Por que minha bomba falha na partida, mesmo que a tensão de alimentação pareça correta?

A tensão pode cair substancialmente durante a partida devido à resistência do cabo, capacidade de alimentação fraca ou alta corrente de partida. Meça e avalie a tensão sob condições de partida.

A emenda subaquática deve ficar acima do nível da água?

Isso geralmente é impraticável em uma instalação de poço profundo. Quando a emenda está submersa, ela deve usar um método de vedação subaquática permanente aprovado.

Como posso confirmar que o cabo não foi danificado durante a instalação?

Realize os testes especificados de continuidade, resistência de enrolamento e resistência de isolamento antes e depois de baixar a bomba. Compare os resultados com os valores de base registrados.

Um cabo de bomba de poço profundo deve ser selecionado através de uma revisão elétrica e de instalação.

A seleção final deve:

• Carregar a corrente necessária com segurança.

• Limitar a queda de tensão em funcionamento e na partida.

• Usar o comprimento total da rota elétrica.

• Corresponder à tensão, fase e método de partida.

• Suportar imersão contínua.

• Usar uma emenda subaquática confiável.

• Caber dentro do revestimento com o conjunto completo.

• Coordenar com o painel de controle e o sistema de proteção.

• Atender aos regulamentos elétricos aplicáveis.

Não peça um cabo apenas pela potência do motor ou profundidade do poço. Confirme a corrente exata do motor, comprimento total do cabo, cálculo de queda de tensão, área do condutor, sistema de isolamento e ambiente de instalação antes da produção.

Envie à SLAPK seu fluxo e carga necessários, profundidade do poço, profundidade de instalação da bomba, potência do motor, tensão, frequência, fase, rota total do cabo, método de partida, temperatura da água e diâmetro interno do revestimento.

Nossos engenheiros podem recomendar uma bomba de poço QJ ou SP adequada e fornecer os dados do motor, corrente nominal, informações do cabo de fábrica e orientação de comprimento de cabo necessários para o seu projeto.