13 octubre 2012

Modelando y ensayando cargas desequilibradas y regulación de voltajes (2ª PARTE)

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Un motor a menudo continúa operando con voltajes desequilibrados; sin embargo, su eficiencia se reduce. Esta reducción de eficiencia es causada por una corriente incrementada (I) y resistencia incrementada (R) debida al calentamiento. El incremento en resistencia y corriente contribuyen a un incremento exponencial en el calentamiento del motor. Esencialmente, esto significa que cuando las pérdidas resultantes se incrementan, el calentamiento se intensifica rápidamente. Esto puede llevar a una condición de elevación de calor incontrolable, llamada “pista térmica”, que resulta en un rápido deterioro en el aislamiento del devanado concluyendo con fallo en el devanado.

La operación monofásica de un motor merece especial atención. La operación monofásica de un motor trifásico originará sobrecalentamiento debido a la excesiva corriente y disminución de su capacidad. Si el motor está en o cerca de plena carga cuando ocurre single-phasing, no se desarrollará el par nominal y por lo tanto puede producirse stall, esto es, llegar a pararse. La condición stall genera tremendas cantidades de corriente y calor dando como resultado una elevación de la temperatura extremadamente rápida. Si la protección del motor no es adecuada, el devanado del estator puede caer, y el rotor de jaula de ardilla puede dañarse o destrozarse. Los arrancadores de carga no proporcionan protección contra single phasing. Un motivo de esto es que el sobrecalentamiento del devanado interno puede todavía ocurrir incluso cuando las corrientes de línea no exceden el ajuste de sobrecarga. La protección efectiva contra single-phasing requiere dispositivos sensores especiales.

Un problema particular y escenario complejo es el caso de motores múltiples de diferentes capacidades en un circuito que ha estado single-phased. Frecuentemente, uno de los motores genera la tercera fase perdida actuando como un convertidor rotatorio. En realidad, esta forma de generación es el principio que se usa para transformar un convertidor rotatorio comercial a convertidor trifásico. La diferencia clave es que el condensador comercial usa condensadores para arrancar, y ajustar el equilibrio de la tercera fase intencionalmente generada para una operación apropiada. Consideremos, por ejemplo, el caso de un motor grande operando en modo monofásico pero transportando menos energía que la carga nominal tal que su corriente sea bastante baja y que no dispare la protección por sobrecorriente. Si hay pequeños motores operando cerca de su carga nominal en el mismo circuito, ellos son propensos a un rápido fallo debido a aproximadamente el 10 % de subvoltaje en la fase generada. El voltaje de fase generado se reducirá si la carga en el motor más grande se incrementa, haciendo la situación más severa para todos los motores, tanto grandes como pequeños.

El primer paso para ensayar voltajes desequilibrados es medir los voltajes de línea a línea en los terminales las máquinas. Además, se mide la corriente en cada fase de alimentación debido a que el desequilibrio de corriente es a menudo alrededor de 6 a 10 veces mayor que el desequilibrio de voltaje. Shingle-phasing se sospecha cuando un motor falla al arrancar. Esta condición puede controlarse fácilmente midiendo la corriente en cada fase del circuito. Una fase transportará cero corriente cuando existe la condición single-phasing.

El desequilibrio de voltaje causado por una distribución de cargas excesivamente desigual entre fases puede ser corregida reconectando las cargas monofásicas y redistribuyéndolas todo lo que sea posible respecto a una condición equilibrada.

Aunque generalmente no es deseable, otra acción correctiva puede desclasificar un motor. Cuando el desequilibrio de voltaje excede un 1 %, un motor debe ser desclasificado para operar con éxito. La curva de reducción de potencia indicaría que en el límite del 5 % establecido por NEMA por desequilibrio, un motor sería sustancialmente desclasificado, a sólo alrededor del 75 % de su capacidad nominal.

Un regulador de voltaje automático (AVR) puede ser usado para corregir subvoltaje y sobrevoltaje, además de desequilibrio de voltaje. Como un dispositivo activo, el AVR automáticamente compensa para todas las fluctuaciones de voltaje, probado que el voltaje de entrada al AVR está dentro de su rango de magnitud y velocidad de ajuste. Aunque AVRs de alta potencia están disponibles, es usualmente más factible instalar numerosas unidades más pequeñas para varios circuitos que van a protegerse, en oposición a una gran unidad grande posiblemente en la entrada de servicio de planta.

Los relés de protección especiales pueden usarse para detectar desequilibrios de voltaje, y proteger los equipos de los efectos degradantes del desequilibrio. Los relés de desequilibrio son usualmente del tipo microprocesador y están disponibles con numerosas características. Típicamente, estos dispositivos son pequeños, relativamente baratos, automáticos o reset manual, y ofrecen tiempo de disparo programable y ajuste límite del desequilibrio. También pueden ser conectados para activar una alarma, disparar un circuito, o ambos cuando el desequilibrio excede un límite predeterminado. Adicionalmente, estos relés versátiles pueden ser reacondicionados en un circuito de control de motores o en cualquier porción de un sistema de distribución de potencia.

Otro tipo de relé de protección, el relé de secuencia negativa, puede detectar single-phasing, desequilibrio de voltaje de fase, e inversión de la rotación de fase de alimentación. Estos relés sienten anomalías sólo aguas abajo de su localización en un circuito. Por lo tanto este tipo de relé no será capaz de detectar un problema interno en un motor u otra carga aguas abajo. Asimismo, algunos tipos de relés proporcionan solamente protección limitada en circunstancias específicas. Los relés de subvoltaje de secuencia de fase, en la mayoría de los casos, no proporcionan protección de pérdida de fase satisfactoria. El motivo es que un motor single-phased genera un voltaje que es bastante alto así que parece existir una condición relativamente equilibrada, así se inhibe la operación del relé. El relé de voltaje de fase proporciona sólo protección single-phasing para prevenir el arranque de un motor con una fase del sistema abierto.

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