Protección n de motores de corriente alterna

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Vicente Crespo Jiménez
hace 7 años
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Protección n de motores de corriente alterna Instructor: Oscar NúñN úñez Mata T+ 8919 1408 oscarnm@costarricense.cr costarricense.cr onunezm@hotmail.

1 Protección n de motores de corriente alterna Instructor: Oscar NúñN úñez Mata T oscarnm@costarricense.cr costarricense.cr onunezm@hotmail.com Los motores eléctricos son un componente crítico en muchas aplicaciones. A nivel industrial, cerca del 70% de la energía a eléctrica la consumen los motores. Se requieren protecciones que: - Minimicen el daño o al motor y equipo asociado (Máquina). - Aumentar la seguridad de los componentes de control. - Aumentar la productividad. Importancia Curva de Daño El efecto de una sobrecarga será una mayor corriente. Igualmente, se puede producir por alto o bajo voltaje. El resultado puede ser daños en el bobinado y afectación n de otras partes como la lubricación. Función n de la protección n de sobrecarga La protección n ideal es aquella que permite operar dentro de sus limites, pero abrirlo si la sobrecarga persiste demasiado tiempo. 1

2 Elementos de control y protección mínimos: El El NEC en su artículo 430 define los requisitos mínimos m de instalación n de un motor eléctrico para una operación n segura. No No implica que será eficiente. Curva de arranque de un motor: Turbina Mezclador 2

Motor con freno La temperatura Todos los motores fueron construidos con materiales de bobinado que cumplen características especiales, que en conjunto dan al motor una clase de aislamiento.

3 Motor con freno La temperatura Todos los motores fueron construidos con materiales de bobinado que cumplen características especiales, que en conjunto dan al motor una clase de aislamiento. La clase de aislamiento define la temperatura total del sistema. Temp Total=Temp Amb + Levantamiento de Temp. La temperatura es el principal enemigo del aislamiento eléctrico. Por cada 10 C que aumente su temperatura, la vida útil esperada del aislamiento baja a la mitad. Clase de aislamiento A B F H Clases De Aislamiento Enclaustra- miento ABIERTO CERRADO ABIERTO CERRADO ABIERTO CERRADO ABIERTO CERRADO Temp. Ambiente Incremento Tolerancia de de punto temperatura caliente Máxima temperatura sistema 40 ºC 50ºC 15ºC 105ºC 40 ºC 55ºC 10ºC 105ºC 40 ºC 70ºC 20ºC 130ºC 40 ºC 75ºC 15ºC 130ºC 40 ºC 90ºC 25ºC 155ºC 40 ºC 95ºC 20ºC 155ºC 40 ºC 110ºC 30ºC 180ºC 40 ºC 115ºC 25ºC 180ºC Elementos sensibles a la temperatura Se puede pedir que un motor incluya en su interior sensores y protectores por temperatura: -PTC Termistor: : Es un detector semiconductor que cambia su resistencia con la temperatura (Relación n no es tan lineal, con coeficiente positivo). -RTD s:: Material detector de temperatura por cambio en la resistencia (Relación n es lineal, con coeficiente positivo). -Termostato:: Es un detector de temperatura ON-OFF. OFF. Estos pueden ser colocados en el bobinado, o en partes mecánicas. 3

4 Relés s especiales El termostato (ON-OFF) OFF) por si solo indica que una condición anómala se presentó,, al abrirse. Los otros requieren un relé que controle el disparo, según n el monitoreo de la temperatura por medio del sensor. Existen equipos específicos para cada aplicación n que se ajustan de acuerdo a las necesidades del usuario. Termistores Monitores especiales Equipos Equipos dedicados a monitorear condiciones de fallas especiales, tales como: Des 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 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 Cuando un fase cae, las otras dos aumentan su consumo de corriente para mantener el campo magnético rotatorio. Esto produce un aumento de temperatura en estos bobinados.

5 Pérdida de fase Cuando un fase cae, las otras dos aumentan su consumo de corriente para mantener el campo magnético rotatorio. Esto produce un aumento de temperatura en estos bobinados. Si la condición n no es detenida, el motor puede quemarse en pocos minutos. Inversión n de giro Algunas aplicaciones son 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 relés s que revisan esta variable, y previene los daños. Sobrecorrientes En los circuitos de motor, las sobre corrientes se clasifican en dos: - Sobrecargas: de 6 8 veces la FLA. - Corto circuitos: más m s de 8 veces la FLA. En instalaciones industriales, pueden llegar a valores como 50KAmp. Ambos producen graves daños. * FLA: Corriente Nominal indicado en la placa. Se recomienda instalar una protección n de sobrecarga 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 metálicos tienen rangos de: 1 a 1.5. Los electrónicos tienen rangos de 1 a 5. El réle r de sobrecarga 5

Máximo ajuste El código c eléctrico recomienda el ajuste máximo m de la protección. Veamos los casos: Motor de 1HP y más m s grandes. Con Factor de Servicio 1.

6 Máximo ajuste El código c eléctrico recomienda el ajuste máximo m de la protección. Veamos los casos: Motor de 1HP y más m s 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: Máximo M ajuste del protector 10Amp x 1.25: 12.5Amp. Continúa Motor de 1HP y más m s grandes con protector térmico t colocado dentro del bobinado. 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. Los Los relés s de sobrecarga se usan en un circuito de motor para proteger al motor y conductores contra el daño o causado por prolongados períodos de sobrecarga. Estos Estos dispositivos deben soportar la corriente de arranque, para que no realicen disparos indeseados. Relés s de sobrecarga Curvas de disparo 6

Curvas de disparo Corto Circuito Conceptos: Es una condición n de falla caracterizada por el flujo de una corriente anormal, de cientos o miles del valor normal.

7 Curvas de disparo Corto Circuito Conceptos: Es una condición n 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. Fuentes de corto circuito: Fusible de un elemento 7

Fusible de doble elemento Escogencia del fusible Existen dos tipos de fusibles para la protección n de motores: De elemento dual (Doble) con retardo de tiempo: Protege por cortocircuito.

8 Fusible de doble elemento Escogencia del fusible Existen dos tipos de fusibles para la protección n 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. Características que definen el fusibles: Un fusible de doble elemento 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. El breaker o disyuntor termo magnético: Existe una corriente en el mercado eléctrico que promueve el breaker como el protector de CC para motores. Estos dan protección n 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 disposición. Las características que definen un breaker son: Rango de corriente, capacidad interruptiva (KA), voltaje máximo. 8

9 Componentes de un breaker: El breaker termo magnético tiene dos componentes: - Una de disparo magnético. - Otra de disparo térmico. t Escogencia del breaker: Según n el Artículo 430 del NEC el disyuntor se escoge: Sin letra de código c 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 especial para motores: Los breakers automáticos ticos magnéticos difieren de los normales, en que sólo s incorporan el elemento de disparo magnético y no el térmico. t Desarrollados por Westinghouse con el nombre de MCP. Se usa en combinación n con un dispositivo de sobrecarga. Se puede ajustar el nivel de disparo instantáneo. neo. Estos Estos equipos se desarrollaron bajo normas IEC. Incorporan protección n de sobrecarga y cortocircuito. Disparo Disparo Clase 10. Capacidad interruptiva baja (Normal 5KA o mayor) operaciones (40/hr). BajasBajas capacidades. Guardamotores 9

10 Coordinación n tipo 2 Cuando superponemos las curvas de los 2 dispositivos protectores se establece el nivel de protección n para todos los niveles de corriente Coordinación Protección n no coordinada: Si las curvas se intersecan muy por debajo de la corriente, el dispositivo contra corto circuito puede efectuar disparos erróneos cuando el motor arranca. Sistema mal coordinado 10

Cable de alimentación Cables alimentando un grupo de motores Según n el NEC 430-22 el cable se escoge con un valor de ampacidad mínimo de: 125% de la FLA del motor.

11 Cable de alimentación Cables alimentando un grupo de motores Según n el NEC el cable se escoge con un valor de ampacidad mínimo de: 125% de la FLA del motor. Debemos tomar en cuenta la caída de tensión n según n la distancia. Ampacidad mínima del conductor: Suma de todas las FLA + 125% de la FLA del motor másm grande. Se debe tener en cuenta la caída de tensión según n distancia. Recomendaciones Cuando tenemos un grupo de motores, el disyuntor principal que protege todo el panel y se usa como desconexión n es: Grupo de motores Amp del Principal=Amp breaker motor mayor + Σ FLA de el resto de motores. Cada motor deberá tener protección n de sobrecarga. CUANDO GRUPOS DE MOTORES SE CONTROLAN CON UN SOLO CONTACTOR, CADA MOTOR DEBERÁ TENER SU PROPIA PROTECCIÓN DE SOBRECARGA. 11

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