Guía de diseño con motores de inducción (5ª PARTE)

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PROTECCIONES ELÉCTRICAS

Las condiciones para la protección requerida en un motor puede ser dividida en dos amplias categorías:

1.       Condiciones externas impuestas.

2.       Fallos internos.

Las categorías anteriores incluyen voltajes de alimentación desequilibrados, subvoltajes, frecuencias bajas, sobrefrecuencias, condiciones single phasing y condiciones de fase inversa. La última categoría incluye fallos en rodamientos, fallos de Shunt interno, que son comúnmente fallos de tierra o sobrecargas.

La protección aplicada a una máquina particular depende del tamaño y la naturaleza de la carga a la que se aplica.

Protección de imagen térmica con pre-alarma

La mayoría de los fallos de devanado son directa o indirectamente causados por sobrecargas (ya sea prolongado o cíclico), operación con alimentación desequilibrada o single phasing que lleva al deterioro del aislamiento hasta que ocurre el fallo eléctrico en el devanado.

Todos los motores tienen curvas que indican el tiempo de resistencia térmica en varias sobrecorrientes de carga. El calentamiento de la máquina se debe a la corriente térmica que puede ser derivada de los componentes de secuencia positiva y negativa de la corriente del motor como sigue:

Donde:

·         I_th = Corriente térmica que causa el calentamiento.

·         I_d = Componente de secuencia positiva de la corriente de entrada.

·         I_S = Componente de secuencia negativa de la corriente de entrada.

Puede verse que la secuencia negativa supone proporcionalmente más que la corriente de secuencia positiva en el calentamiento de la máquina. El relé computaría los componentes de secuencia positiva y negativa y calcula la corriente térmica. El relé ideal calcularía el componente de secuencia en base al cálculo del vector.

El tiempo de resistencia térmica debe ser proporcionado por el fabricante o alternativamente calculado por fórmula logarítmica.

En la mayoría de los relés de protección de motores, la carga a plena carga puede establecerse entre el 10 % y el 150 % de la corriente nominal y el tiempo constante es seleccionable desde 1 a 60 minutos dependiendo de las características del motor. La alarma de precalentamiento puede ser establecida desde el 50 al 110 % de la condición térmica de la máquina. Esto ayudaría a eludir el deslizamiento del motor.

Hay un nivel de temperatura de inhibición de rearranque que aseguran el siguiente arranque de la máquina después de que el motor se enfría al nivel de temperatura seguro.

Protección de rotor bloqueado

El relé ideal proporcionaría protección tanto durante el arranque como en la condición de rotor bloqueado. 

En la mayoría de los relés el ajuste es seleccionable desde 100 % a 500 % de la corriente a plena carga del motor. El retraso en el tiempo de disparo es seleccionable entre 1 y 120 segundos. Adicionalmente el relé puede aceptar un contacto de conmutación de velocidad desde el campo para detectar la condición de rotor bloqueado.

Protección de desequilibrio de corriente

El relé es proporcionado con un elemento de corriente de secuencia negativa que proporcionará protección al motor de desequilibrio de corrientes debidos al desequilibrio de voltaje, single phasing e inversión de fase. El nivel de secuencia negativa es ajustable desde el 10 % al 80 % de la corriente a plena carga del motor.

Protección de arranque repetido

Los motores necesitan ser protegidos frente a excesivo número de arranques.

Esto se debe a que cada que un motor arranca, el motor necesitará entre 3 y 6 veces la corriente nominal durante la duración del tiempo de arranque, incrementando así el estatus térmico del motor considerablemente. Estas corrientes más altas causarán tensiones térmicas en el devanado, que llevarán al fallo del devanado. El relé de protección de motores ideales tendría un elemento de protección ante arranques repetidos. Con la ayuda de este elemento de protección, el número de arranques sería ajustable desde 1 a 60 arranques entre 1 y 60 minutos.

Si el número de arranques excede el valor ajustado, el relé inhibe el siguiente arranque durante el tiempo seleccionado. Este tiempo se llama tiempo de inhibición, que es seleccionable desde 1 a 60 minutos.

Si el número de arranques excede el valor seleccionado, el relé inhibe el siguiente arranque durante un tiempo. Este tiempo se llama tiempo de inhibición del rearranque, que es seleccionable entre 1 y 60 minutos.

Protección contra sobreintensidades

Este elemento de protección proporcionará protección de cortocircuito en el alimentador del motor. El retraso del tiempo de disparo puede ser ajustado para disparo instantáneo o demorado. El elemento de protección de motor ideal es proporcionado en el elemento anterior en el que el rango de recuperación es seleccionable desde 1 a 5 veces I_st. El retraso es seleccionable desde 0,05 a 1 segundo. Debe notarse que si el motor es proporcionado con contactor de vacío en el que el contactor no puede manejar la corriente de cortocircuito, este elemento de sobrecorriente necesita ser inhabilitado. En tales casos los fusibles proporcionados en el circuito de potencia proporcionará la protección de cortocircuito.

Funcionamiento sin carga

Este elemento proporciona la protección contra el funcionamiento de motores sin carga. El nivel pickup es seleccionable desde 0,15 a 1 I_m y la demora del tiempo de disparo es ajustable.

Este elemento I_s inhabilitado si la corriente está por debajo de 0,1 I_m.

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