Protección de motores de corriente alterna

Protección de motores
de corriente alterna
Instructor: Oscar Núñ
ez Mata
Núñez
T+ 8919 1408
oscarnm@
oscarnm@costarricense.cr
onunezm@hotmail.com
Curva de Daño
„
„
„
El efecto de una sobrecarga
será
será una mayor corriente.
Igualmente,
se
puede
producir por alto o bajo
voltaje.
El resultado puede ser
dañ
daños en el bobinado y
afectació
afectación de otras partes
como la lubricació
lubricación.
Importancia
„
„
„
Los motores elé
eléctricos son un
componente
crí
en
muchas
crítico
aplicaciones.
A nivel industrial, cerca del 70% de la
energí
energía elé
eléctrica la consumen los
motores.
Se requieren protecciones que:
Minimicen el dañ
daño al motor y
equipo
asociado
(Má
(Máquina).
Aumentar la seguridad de los
componentes
de
control.
Aumentar la productividad.
Funció
Función de la protecció
protección de
sobrecarga
„
La protecció
protección ideal
es aquella que
permite
operar
dentro
de
sus
limites, pero abrirlo
si la sobrecarga
persiste demasiado
tiempo.
1
Elementos de control y protecció
protección
mínimos:
Curva de arranque de un motor:
„El NEC en su artí
artículo
430
define
los
requisitos mí
mínimos de
instalació
instalación de un motor
elé
para
una
eléctrico
operació
operación segura.
„No implica que será
será
eficiente.
Turbina
Mezclador
2
Motor con freno
La temperatura
„
„
Temp Total=Temp
Total=Temp Amb + Levantamiento de Temp.
„
„
„
A
B
F
H
EnclaustraEnclaustramiento
Temp.
Ambiente
Incremento
de
temperatura
Tolerancia de
punto
caliente
Máxima
temperatura
sistema
ABIERTO
40 ºC
50º
50ºC
15º
15ºC
105º
105ºC
CERRADO
40 ºC
55º
55ºC
10º
10ºC
105º
105ºC
ABIERTO
40 ºC
70º
70ºC
20º
20ºC
130º
130ºC
CERRADO
40 ºC
75º
75ºC
15º
15ºC
130º
130ºC
ABIERTO
40 ºC
90º
90ºC
25º
25ºC
155º
155ºC
CERRADO
40 ºC
95º
95ºC
20º
20ºC
155º
155ºC
ABIERTO
40 ºC
110º
110ºC
30º
30ºC
180º
180ºC
CERRADO
40 ºC
115º
115ºC
25º
25ºC
180º
180ºC
La temperatura es el principal enemigo del
aislamiento elé
eléctrico.
Por cada 10°
10°C que aumente su temperatura, la
vida útil esperada del aislamiento baja a la mitad.
Elementos sensibles a la
temperatura
Clases De Aislamiento
Clase de
aislamiento
Todos los motores fueron construidos con
materiales
de
bobinado
que
cumplen
caracterí
características especiales, que en conjunto dan al
motor una clase de aislamiento.
La clase de aislamiento define la temperatura total
del sistema.
„
„
Se puede pedir que un motor incluya en su interior
sensores y protectores por temperatura:
-PTC Termistor:
Termistor: Es un detector semiconductor que
cambia su resistencia con la temperatura (Relació
(Relación no
es tan lineal, con coeficiente positivo).
-RTD´
RTD´s: Material detector de temperatura por cambio
en la resistencia (Relació
(Relación es lineal, con coeficiente
positivo).
-Termostato:
Termostato: Es un detector de temperatura ONON-OFF.
Estos pueden ser colocados en el bobinado, o en partes
mecá
mecánicas.
3
Relés especiales
„
„
„
Termistores
El termostato (ON(ON-OFF) por si
solo indica que una condició
condición
anó
anómala se presentó
presentó, al
abrirse.
Los otros requieren un relé
relé
que controle el disparo,
segú
según el monitoreo de la
temperatura por medio del
sensor.
Existen equipos especí
específicos
para cada aplicació
aplicación que se
ajustan de acuerdo a las
necesidades del usuario.
Monitores especiales
dedicados a monitorear
„Equipos
condiciones de fallas especiales, tales
como:
„Des balance de voltaje:
% Desb = Max. desv. del promedio/promedio
-El efecto del des balance de voltaje
produce des balance de corriente.
Esto provoca levantamiento de
temperatura adicional.
-NEMA recomienda un % Desb. < 5%.
-Para motores eficiencia mejorada
debe ser < 1%.
Monitor de voltaje
„
„
„
NEMA recomienda a los
fabricantes que los motores
operen satisfactoriamente en
un rango de voltaje de ±10%.
Existen
dispositivos
electró
electrónicos ajustables para
vigilar el nivel de voltaje, tanto
alto como bajo.
Estos dispositivos sensan la
entrada
de
voltaje
al
arrancador, y deshabilita en
caso de que se sobrepase los
niveles de ajuste.
4
Pérdida de fase
„
„
„
Inversión de giro
Cuando un fase cae, las
otras dos aumentan su
consumo de corriente para
mantener
el
campo
magné
magnético rotatorio.
Esto produce un aumento de
temperatura
en
estos
bobinados.
Si la condició
condición no es
detenida, el motor puede
quemarse en pocos minutos.
„
„
„
Sobrecorrientes
„
„
En los circuitos de motor, las sobre corrientes se
clasifican en dos:
- Sobrecargas: de 6 – 8 veces la FLA.
- Corto circuitos: má
más de 8 veces la FLA.
En instalaciones industriales, pueden llegar a
valores como 50KAmp.
Ambos producen graves dañ
daños.
* FLA: Corriente Nominal indicado en la placa.
Algunas aplicaciones son crí
críticas en el
sentido de giro.
Muchas veces no se puede poner a girar
el motor para saber su sentido: CW (Con
reloj) o CCW (Contra Reloj).
Existen relé
relés que revisan esta variable, y
previene los dañ
daños.
El réle de sobrecarga
„
„
„
„
Se recomienda instalar una
protecció
de
sobrecarga
protección
individual cuando un contactor
arranca un grupo de motores.
Se clasifican por su disparo en 10,
20 y 30, que son los segundos
que tarda en abrir con un
corriente de 6 la nominal.
Los bi metá
metálicos tienen rangos de:
1 a 1.5.
Los electró
electrónicos tienen rangos de
1 a 5.
5
Máximo ajuste
El có
código elé
eléctrico recomienda el ajuste má
máximo de la protecció
protección.
Veamos los casos:
Continúa
Motor de 1HP y má
más grandes con protector té
térmico
colocado dentro del bobinado.
„
„
Motor de 1HP y má
más grandes.
„ Con Factor de Servicio 1.15 y mayor: Al 125% de la
Corriente Nominal.
„ Con Factor de Servicio Menor a 1.15: Al 115% de la
Corriente Nominal.
Ejemplo: Motor con corriente nominal de 10Amp, y Factor de
Servicio 1.15: Má
Máximo ajuste del protector 10Amp x 1.25:
12.5Amp.
Relé
Relés de sobrecarga
„
„
„
Motor Corriente Nominal hasta 9Amp: Al 170%.
Motor de 9.1 a 20Amp: Al 156%.
Motores mayores a 20Amp: Al 140%.
Motores para cargas de alta inercia.
„
„
Con Factor de Servicio 1.15 y mayor: Al 140% de la
Corriente Nominal.
Con Factor de Servicio Menor a 1.15: Al 130% de la
Corriente Nominal.
Curvas de disparo
„Los relé
relés de sobrecarga
se usan en un circuito de
motor para proteger al
motor
y
conductores
contra el dañ
daño causado por
prolongados perí
períodos de
sobrecarga.
„Estos dispositivos deben
soportar la corriente de
arranque, para que no
realicen
disparos
indeseados.
6
Curvas de disparo
Corto Circuito
Conceptos:
„
„
„
Fuentes
de corto circuito:
Es una condició
condición de falla caracterizada por el
flujo de una corriente anormal, de cientos o
miles del valor normal.
Cuando el aislamiento entre dos fases, fase y
neutro, dos fases y neutro o tres fases se
rompe, decimos que hay un corto circuito (CC).
La cantidad de corriente de CC disponible es
determinada por la capacidad de las fuentes de
voltaje, la impedancia del sistema.
Fusible de un elemento
7
Fusible de doble elemento
Caracterí
Características que definen el
fusibles:
„
„
Un fusible de doble elemento será
será de
menor capacidad que uno de un solo
elemento.
Ejemplo: 10HP, 208V, 3f, 32.2 FLA.
- Doble elemento: Switch de 60A, con
fusibles de 40A.
- Un solo elemento: Switch de 100A,
con fusibles de 90A.
Escogencia del fusible
Existen dos tipos de fusibles para la
protecció
protección de motores:
De elemento dual (Doble) con
„
retardo de tiempo: Protege por
cortocircuito.
Se escoge: 115% a 125% de la
FLA.
De un elemento sin retardo de
„
tiempo: Protege por cortocircuito.
Se escoge: Aprox. 300% de la
FLA.
El breaker o disyuntor termo
magné
magnético:
„
„
„
„
„
Existe una corriente en el mercado
elé
eléctrico que promueve el breaker como
el protector de CC para motores.
Estos dan protecció
protección contra sobrecargas
a los componentes del circuito y
cortocircuito.
Se conocen como de tiempo inverso.
Las ventajas son:
Se pueden re
establecer, indican visiblemente disparo,
tiene muchos accesorios a disposició
disposición.
Las caracterí
características que definen un
breaker son:
Rango de corriente,
capacidad interruptiva (KA), voltaje
máximo.
8
Componentes de un breaker:
Escogencia del breaker:
Segú
Según el Artí
Artículo 430 del NEC el disyuntor se
escoge:
Sin letra de có
código a 250% de la FLA
Código F a V a 250% de la FLA
Código B a E a 200% de la FLA
Código A a 150% de la FLA
Ejemplo: Motor 15HP, 460V, 21 Amp FLA, sin
código: Breaker de 3 polos 50Amp
„
„
El breaker termo magné
magnético tiene dos componentes:
- Una de disparo magné
magnético.
- Otra de disparo té
térmico.
El breaker especial para motores:
„
„
„
„
Los
breakers
automá
automáticos
magné
difieren
de
los
magnéticos
normales, en que só
sólo incorporan
el elemento de disparo magné
magnético
y no el té
térmico.
Desarrollados por Westinghouse
con el nombre de MCP.
Se usa en combinació
combinación con un
dispositivo de sobrecarga.
Se puede ajustar el nivel de
disparo instantá
instantáneo.
„Estos
Guardamotores
equipos
se
desarrollaron bajo normas
IEC.
„Incorporan protecció
protección de
sobrecarga y cortocircuito.
„Disparo Clase 10.
„Capacidad interruptiva baja
(Normal 5KA o mayor).
operaciones
„100000
(40/hr).
(40/hr).
„Bajas capacidades.
capacidades.
9
Coordinación tipo 2
Protección no coordinada:
„
Si las curvas se
intersecan muy por
debajo
de
la
corriente,
el
dispositivo contra
corto
circuito
puede
efectuar
disparos erró
erróneos
cuando el motor
arranca.
„
Cuando
superponemos
las curvas de los
2
dispositivos
protectores se
establece
el
nivel
de
protecció
protección para
todos los niveles
de corriente
Coordinación
Sistema mal coordinado
10
Cables alimentando un grupo de
motores
Cable de alimentación
„
Segú
Según el NEC 43043022 el cable se
escoge con un valor
de ampacidad
mínimo de:
„
„
Debemos tomar en
cuenta la caí
caída de
tensió
tensión segú
según la
distancia.
125% de la FLA del
motor.
Recomendaciones
„
Cuando tenemos un grupo de motores, el
disyuntor principal que protege todo el panel y
se usa como desconexió
desconexión es:
„
Ampacidad mínima del conductor:
Suma de todas las FLA + 125% de la FLA del
motor má
más grande.
Se debe tener en cuenta la caí
caída de tensió
tensión
segú
según distancia.
„
Grupo de motores
Amp del Principal=Amp
Principal=Amp breaker motor
mayor + Σ FLA de el resto de motores.
motores.
„
Cada motor
sobrecarga.
deberá
deberá
tener
protecció
protección
de
CUANDO GRUPOS DE MOTORES SE CONTROLAN CON UN
SOLO CONTACTOR, CADA MOTOR DEBERÁ TENER SU
PROPIA PROTECCIÓN DE SOBRECARGA.
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