AJUSTES DE PROTECCIÓN DE MOTOR

PROTECCION DE MOTORES Mantenimiento eléctrico Refinería “Gral. Lázaro Cárdenas”

Protecciones de Motor

Temario

1. Ob Objet jetiv ivo o 2. Int Introd roducc ucción ión 3. Funcio unciones nes de protección protección 4. Descri Descripción pción de la funci función ón y ajust ajustes es típic típicos. os. 5. Cas Casos os de aplicac aplicación ión a).- Ajustes de motor 5000HP 6. Conclusiones y recomendaciones

Objetivo

Mostrar una descripción práctica y valores de ajuste de diversas funciones de protección para motor de inducción.

Estructura: a).- Descripción de la función de protección b).- Justificación teórica (porque utilizar la función). c).- Ejemplos y casos de Aplicación de la protección. d).- Ajustes típicos.

Nota al lector : El presente trabajo no pretende ser autoritativo en cuanto a valores específicos de ajuste de la función de protección, si no más bien una guía práctica para los ingenieros de construcción, puesta en marcha y mantenimiento eléctrico.

Introducción

Los motores eléctricos hoy en día mueven gran parte de la industria en el mundo, su optimo desempeño y protección son muy importantes para mantener la producción en plantas de proceso. Las protecciones que se pueden habilitar para los motores los hay desde un simple relé bimetálico hasta relevadores de protección. Especialmente los motores de alta tensión con un rotor térmicamente crítico pueden ser llevados hasta sus límites térmicos, cuando son arrancados muchas veces. Si el proceso de arranque se prolonga, por ejemplo por caídas de tensión inadmisibles al conectarse el motor, por causa de un par de carga demasiado alto, por una elevada inercia de la carga o por bloqueo del rotor, ante esta situación una protección por imagen térmica está disponible. Desperfectos tales como falla a tierra, corto circuito, desbalance de corriente, inversión de fases, bajo voltaje, sobrecarga etc. deben ser liberados de inmediato con un equipo de protección.

En adelante tomaremos el relevador marca GENERAL ELECTRIC modelo GE SR469 como base para la explicación de estas funciones de protección.

Introducción

Seguramente se ha preguntado alguna vez: Cuantos arranques por hora, es permitido para mi motor?? Cuanto tiempo entre arranques?? Que valor de ajuste y que curva utilizo para sobrecarga??? De que depende? Cual es el tiempo de arranque de mi motor con carga?? Cual en vacío ? Si se disminuye el voltaje, si aumenta la carga, aumenta el tiempo de arranque?? altos tiempos de aceleración, como afecta??? Ajuste de alarma y disparo por temperatura de devanados y rodamientos? Métodos de detección de temperatura ??? Como afecta un desbalance de voltaje en el motor, reduce su capacidad?? Barcos y buques-tanque de crudo: Protección contra fallas a tierra , que ajuste colocar ? Que método de detección elegir???.

En la platica siguiente esperamos estas dudas sean aclaradas.

Intro, Componentes principales de una motor de inducción.

Intro, Ecuación diferencial del modelo térmico

Intro, Sobre temperatura para diferentes diseños de régimen de servicio (duty).

Intro, Incremento de temperatura en 3 puntos de estator.

Intro, Limites térmicos y constantes de tiempo de enfriamiento

Intro, Comportamiento del modelo térmico

Intro, Curvas corriente-tiempo a diferente voltaje de arranque.

Intro, Comportamiento bajo diferentes cargas de acuerdo al modelo térmico del rotor.

Intro, Incremento de temperatura en arranques repetidos

Modelo térmico - Justificación teórica.

Uno de los principales enemigos de la vida del motor es calor. Por lo tanto a la función de sobrecarga y el modelo térmico se le dará especial atención. Cuando un motor es especificado, el comprador le comunica al fabricante cuales serán las condiciones de carga y ciclo de trabajo, a la vez que, el ambiente y cualquier otra información pertinente a la carga impulsada, tal como torque de arranque, la inercia total etc. El fabricante entonces proporciona un motor existente o construirá uno que deberá tener una vida razonable bajo esas condiciones. Los límites térmicos del motor son dictados tanto por el diseño del estator como el del rotor. Los motores tienen tres modos de operación: 1.- Rotor bloqueado o atascado (cuando el rotor no está dando vueltas). 2.- Aceleración (cuando el rotor está ganando velocidad) 3.- En marcha (cuando el rotor da vueltas a una velocidad casi sincronizada).

Modelo térmico - Justificación teórica

Ocurre calentamiento en el motor durante cada una de éstas condiciones en formas muy distintas. Típicamente durante condiciones de arranque del motor, rotor bloqueado y aceleración, el motor está limitado por el rotor. Esto quiere decir que el rotor se acercará a su límite térmico antes que el estator. Bajo condiciones de rotor bloqueado, el voltaje es inducido en el rotor a frecuencia de línea, 50 o 60 Hz. Este voltaje causa que una corriente circule en el rotor, también a frecuencia de línea, y el calor generado (I2R) es una función de la resistencia efectiva del rotor. A 50 o 60 Hz, la reactancia de la jaula del rotor causa que la corriente circule por los bordes exteriores de las barras del rotor. La resistencia efectiva del rotor está, por lo tanto al máximo durante una condición de rotor bloqueado, por consiguiente hay calentamiento del rotor. Cuando el motor está marchando a velocidad nominal, el voltaje inducido en el rotor está a una baja frecuencia (approx. 1 Hz) y por lo tanto, la resistencia efectiva del rotor es reducida dramáticamente.

Modelo térmico - Justificación teórica

Durante sobrecargas en marcha, el límite térmico del motor es dictado típicamente por parámetros del estator. Algunos motores especiales pueden estar limitados totalmente por el estator o totalmente por el rotor. Durante aceleración, la naturaleza dinámica del deslizamiento de frecuencia del motor dicta que la impedancia del rotor es también dinámica, y una tercera característica de límite térmico de sobrecarga es necesaria. La Figura 4-7 ilustra curvas típicas de límite térmico. La característica de arranque del motor es mostrada para una carga de inercia alta @ 80% del voltaje. Si el motor arrancara más rápido, las diversas características de las curvas de límite térmico no serían requeridas y la curva de sobrecarga en marcha estaría unida con los tiempos de atascamiento seguros para rotor bloqueado, para producir una curva de sobrecarga única.

Limite térmico IEEE C37.96 y curvas t-corriente

Limite térmico IEEE C37.96 y curvas t-corriente

Funciones de protección típicas

Funciones de protección de motor

27 37 38 40 46 47 48 49 50 51 50N 50G

55 59

Bajo voltaje Baja corriente Térmico de cojinetes Relé de campo Desbalance Inversión de fases ( de voltaje) Secuencia incompleta, o supervisión tiempo de arranque Sobrecarga Sobrecorriente instantáneo (corto circuito) Sobrecorriente de tiempo 51LR Rotor bloqueado Falla a tierra operación residual Falla a tierra operación TC secuencia cero Factor de potencia Alto voltaje

Funciones de protección de motor

Falla a tierra ( Opera x desbalance de tensión) 66 Número de arranques 67 Sobre corriente direccional 81 Frecuencia (alta o baja) 86 Bloqueo sostenido 87 Diferencial 64

Existen otras protecciones para bloqueo de arranque de motor que son ampliamente utilizadas, sin embargo no cuentan con un numero ANSI propiamente, tales como : Bloqueo por capacidad térmica utilizada Bloqueo por tiempo entre arranques Bloqueo por numero de arranques por hora También un motor grande debe estar protegido por sensores de vibración. Generalmente Bentley nevada, este tema no se expone aquí, ni el de la función de protección por pérdida de campo ni sobreexcitación para el

Función 49 Modelo térmico. La función protectora primaria del SR469 es el modelo térmico. Consiste

de 5 elementos clave: 1.- La curva de sobrecarga y el Pick-up de sobrecarga, 2.- La polarización de desbalance de la corriente del motor mientras el motor está en marcha (corriente de secuencia negativa). 3.- Las constantes térmicas de tiempo de enfriamiento del motor. 4.- La polarización del modelo térmico basada en información del motor Caliente/Frío (hot/cold). 5.- La temperatura medida del estator (RTD). Cada uno de éstos elementos es descrito en detalle en las secciones siguientes.

Función 49 Modelo térmico

El SR469 integra el calentamiento del estator y del rotor en un solo modelo. El calentamiento del motor es reflejado en un registro llamado Capacidad Térmica Usada. Si el motor ha estado parado por un largo período de tiempo, estará a temperatura ambiente y la capacidad térmica usada deberá ser cero. Si el motor está en sobrecarga, una vez que la capacidad térmica usada alcance 100%, ocurrirá un disparo. La alarma por capacidad térmica usada puede ser utilizada como advertencia de un disparo por sobrecarga inminente

Función 49 Modelo térmico.

La curva de sobrecarga responde por el calentamiento del motor durante atascamiento, aceleración y en marcha tanto en el estator como en el rotor. El parámetro de ajuste (pick-up) de sobrecarga decide donde comienza la curva de sobrecarga en marcha cuando el motor entra en una condición de sobrecarga. Esto es útil para motores de factor de servicio, ya que permite que el nivel de arranque sea definido. La curva es cortada efectivamente a nivel de los valores de corriente bajo éste arranque. Los límites térmicos del motor consisten de tres partes distintas basadas en las tres condiciones de operación, rotor bloqueado o atascamiento, aceleración, y sobrecarga en marcha. Cada una de éstas curvas puede ser proporcionada para un motor caliente o para un motor frío.


Un motor caliente es definido como aquel, que ha estado en marcha por un

período de tiempo a una carga máxima tal que las temperaturas del estator y del rotor se han establecido a su temperatura nominal.

Un motor frío es definido como un motor que ha estado parado por un

período de tiempo tal que las temperaturas del estator y del rotor se han establecido a la temperatura ambiente.


Para la mayoría de los motores, las distintas características de los límites térmicos del motor están arregladas dentro de una curva homogénea suave. Algunas veces se proporciona solo un tiempo de atascamiento seguro. Esto es aceptable si el motor ha sido diseñado conservativamente y puede fácilmente ejecutar su tarea requerida sin infringir el límite térmico. En este caso, la protección puede ser conservadora y la integridad del proceso no es comprometida. Si un motor ha sido diseñado muy cercanamente a sus límites térmicos cuando es operado como se requiere, entonces las distintas características de los límites térmicos se vuelven importantes.

Función 49 Modelo térmico Curva de sobrecarga.

La curva de sobrecarga del SR469 puede tomar uno de los tres formatos siguientes: Normal, Curva Usuario-Definida o Dependiente de Voltaje. Sin importar que estilo de curva es seleccionado, el SR469 retendrá memoria térmica en la forma de un registro llamado Capacidad Térmica Usada.

La curva de protección por sobrecarga debe ser siempre ajustada un poco mas abajo que los límites térmicos proporcionados por el fabricante . Esto asegurará que el motor es disparado antes de que el límite térmico sea alcanzado. Ajuste: Elegir la curva que esté por encima del perfil de arranque del motor pero por debajo del límite térmico del rotor/estator. Si la coordinación se dificulta construir una curva a la medida.

Función 49 Curvas de sobrecarga del relé GE SR469

Función 49 Curvas de sobrecarga del relé GE SR469 Recomendaciones sobre la utilización y selección de curva de sobrecarga .

1.- Debe tenerse en cuenta el método de arranque del motor. 2.- Considerar que un arranque a tensión reducida se tendrá una corriente inferior a la que se tiene a tensión plena. 3.- La diferencia principal entre un arranque a tensión plena con respecto a tensión reducida es que : a).-Tensión plena: Mayor corriente de arranque menor tiempo de aceleración. b).- Tensión reducida: Menor corriente, Mayor tiempo de aceleración. 4.- Se recomienda que la curva seleccionada permita un arranque a tensión plena, es decir que a corriente de arranque el tiempo de disparo sea mayor al tiempo de arranque. Esto es debido a que en ocasiones puede surgir la necesidad de by-passear el arrancador a tensión reducida y arrancar a tensión plena.

49 Modelo Térmico Polarización por desbalance de corriente.

Corrientes de fase des balanceadas también causarán calentamiento adicional del rotor, que no será registrado por relés electromecánicos y puede no ser registrado en algunos relés electrónicos protectores. Cuando el motor está en marcha, el rotor girará en la dirección de la corriente de secuencia positiva a una velocidad casi sincrónica. La corriente de secuencia negativa, que tiene una rotación de fase opuesta a la corriente de secuencia positiva, y por lo tanto, opuesta a la rotación del rotor, generará un voltaje de rotor que producirá una corriente sustancial de rotor. Esta corriente inducida tendrá una frecuencia que es aproximadamente 2 veces la frecuencia de línea, 100 Hz para un sistema de 50 Hz o 120 Hz para un sistema 60 Hz. Efecto superficial en las barras del rotor a ésta frecuencia causará un incremento significante en la resistencia del rotor y por lo tanto, un incremento significante en el calentamiento del rotor.

49 Modelo Térmico Polarización por desbalance.

Este calentamiento adicional no es registrado por las curvas de límite térmico suministradas por el fabricante del motor, ya que éstas curvas asumen corrientes de secuencia positivas que vienen solo de un suministro perfectamente balanceado y un motor perfectamente diseñado. El SR469 mide la relación de corriente de secuencia negativa a positiva. El modelo térmico puede ser polarizado para reflejar el calentamiento adicional que es causado por la corriente de secuencia negativa cuando el motor está en marcha. Esta polarización es realizada creando una corriente de calentamiento equivalente del motor, en lugar de simplemente usar la corriente promedio (Ipor_unidad). Ajuste: No se ajusta el relé calcula el calentamiento equivalente a la corriente de secuencia negativa ocasionada por el desbalance.

49 Modelo Térmico Polarización por desbalance. Esta corriente equivalente es calculada usando la ecuación que se muestra a continuación:

49 Modelo Térmico Polarización por desbalance

49 Modelo Térmico Tiempo de enfriamiento

49 Modelo Térmico Tiempo de enfriamiento

Ajustes : El dato de las constantes de tiempo de enfriamiento , viene en los data sheet del fabricante del motor. Por ejemplo el motor de 5000 HP de Coker tiene constante térmica de tiempo de calentamiento = 20 minutos y

49 Modelo Térmico, Curva de límite térmico Motor Coker 5000 HP.

49 Modelo Térmico, Constantes térmicas de tiempo Motor Coker 5000HP.

49 Modelo Térmico, Límite térmico Motor Coker 10000 HP.

49 Modelo Térmico, Tiempos seguros de rotor bloqueado a) en caliente, b) en frío motor Coker 10000 HP.. HP

Curvas Par- Velocidad y tiempos de arranque de motor Coker 10000 HP.

Ejemplo curvas de protección de motor de 1300HP, 4.16kV.

Ejemplo curvas de protección de motor de 2250HP, 13.8kV.

49 Modelo Térmico Relación caliente/ frio (Hot/cold Ratio)

El fabricante del motor proporcionará algunas veces información sobre el límite térmico para un motor caliente/frío. El modelo térmico del SR469 se adaptará a éstas condiciones si la Razón de Curva Caliente/Frío es programada. El valor que se ajusta en este parámetro dicta el nivel de capacidad térmica usada en el que el relé se establecerá para todos los niveles de corriente que están bajo el Nivel de Arranque de Sobrecarga. Cuando el motor está marchando a un nivel que está bajo el Nivel del Pick-up (arranque ó ajuste) de Sobrecarga, la capacidad térmica usada se elevará o caerá a un valor basado en la corriente de fase promedio y la Razón de Curva Caliente/Frío entrada. La capacidad térmica usada se elevará a una razón fija de 5% por minuto o caerá como dictado por la constante de tiempo de enfriamiento en marcha.


La razón de curva caliente/frío puede ser determinada de las curvas de límite térmico si son suministradas o los tiempos de atascamiento seguro calientes y fríos. Simplemente divida el tiempo de atascamiento seguro caliente por el tiempo de atascamiento seguro frío. Si los tiempos calientes y fríos no son proporcionados, no puede haber diferenciación y la razón de curva caliente/frío debe ser ingresada (ajustada) como 1.0. Hot/ Cold ratio = >0.5 típicamente. Ajustar de acuerdo a las curvas de limite térmico del fabricante puede en un momento dado ajustarse a 0.7. Por ejemplo para el motor de 10000 HP Hot/cold = 12/14 = 0.85 y para el motor de 5000HP hot/cold 12/16 = 0.75 aprox.



49 Modelo Térmico Polarización por RTD

La réplica térmica del SR469 creada por las funciones descritas en las secciones anteriores opera como un modelo completo e independiente. Las curvas de sobrecarga térmica sin embargo, están basadas solamente en la corriente medida, asumiendo un ambiente normal de 40 °C y un enfriamiento de motor normal. Si hay una temperatura de ambiente inusualmente alta, o si el enfriamiento del motor es bloqueado, la temperatura del motor incrementará. Si el estator del motor tiene RTDs empotrados, la función de polarización por RTD del SR469 debe ser usada para corregir el modelo térmico. La función de polarización por RTD es una curva de dos partes, construida usando 3 puntos. Si la temperatura por RTD del estator máxima está bajo el parámetro Mínimo de Polarización por RTD (típicamente 40°C), no ocurre ninguna polarización.


Si la temperatura máxima por RTD del estator está arriba del parámetro Máximo de Polarización por RTD (típicamente a la capacidad nominal de aislamiento del estator o un poco mas alta), entonces la memoria térmica es completamente polarizada y la capacidad térmica es forzada a 100% usada. A valores intermedios, la presente capacidad térmica usada creada por la curva de sobrecarga y otros elementos del modelo térmico, es comparada a la capacidad térmica de polarización por RTD usada de la curva de polarización por RTD. Si el valor de capacidad térmica de polarización por RTD usada es mas alto, entonces ese valor es usado de ese punto en adelante. El punto Central de polarización por RTD debe ser fijado a la temperatura nominal en marcha del motor. El SR469 determinará automáticamente el valor de capacidad térmica usada para el punto central, usando el parámetro de razón de atascamiento Seguro Caliente/Frío.



48 Supervisión del tiempo de arranque.

El Modelo Térmico del SR469 está diseñado para proteger el motor bajo condiciones de arranque y de sobrecarga. La función de disparo por Contador de Tiempo de Aceleración puede ser usado en adición a esa protección. Si por ejemplo, el motor debería siempre arrancar en 2 segundos, pero el tiempo de atascamiento seguro es de 8 segundos, no tiene sentido dejar que el motor permanezca en una condición de atascamiento por 7 o 8 segundos cuando el modelo térmico lo removería de la línea. Además de esto, el torque de arranque aplicado al equipo impulsado por ese período de tiempo podría causar daños severos. Se asume que un arranque de motor está ocurriendo cuando el SR469 mide la transición de ninguna corriente, a algún valor de corriente del motor. La corriente típicamente subirá rápidamente a un valor mayor que la FLA (ejemplo 6 x FLA). En éste punto, el Contador de Tiempo de Aceleración será inicializado con el valor ingresado en segundos.

48 Supervisión del tiempo de arranque.

Si la corriente no cae bajo el nivel de pickup de la curva de sobrecarga antes de que el contador de tiempo expire, ocurrirá un disparo por aceleración. Si el tiempo de aceleración del motor es variable, ésta función debe ser ajustada mas allá del tiempo mas largo de aceleración. Nota:

Cuando se tiene arranque por autotransformador es muy importante habilitar la función de “secuencia incompleta”.

Ajustes : A tensión plena un motor puede típicamente arrancar en menos de 10 segundos Un ajuste de supervisión de tiempo de arranque de unos 14 a 20 segundos puede ser suficiente. Si el motor arranca a tensión reducida se deberá realizar pruebas y tomar el tiempo de arranque y ajustar unos 5 segundos arriba de este valor.

49? Inhibidor de arranque.

El propósito de la función Inhibidor de Arranque es ayudar a prevenir disparos del motor durante el arranque, si no hay suficiente capacidad térmica para un arranque. El mayor valor de capacidad térmica usada en los últimos cinco arranques exitosos es multiplicado por 1.25 y almacenado como capacidad térmica usada en arranque. Este margen de 25% es usado para asegurar que un arranque de motor será exitoso. Si el número es mayor que 100%, 100% es almacenado como capacidad térmica usada en arranque. Un arranque de motor exitoso es uno en el que la corriente de fase sube de 0 a un valor mayor que el nivel de pickup de la curva de sobrecarga y entonces, después de la aceleración, cae bajo el nivel de pickup de la curva de sobrecarga


Cada vez que el motor es parado, la cantidad de capacidad térmica disponible (100% - Capacidad Térmica Usada) es comparada a la Capacidad Térmica Usada En Arranque. Si capacidad térmica disponible no excede la Capacidad Térmica Usada En Arranque, o no es igual a 100 %, el Bloqueo de Inhibidor de Arranque se activará hasta que haya suficiente capacidad térmica. Cuando ocurre un bloqueo, el tiempo de enclave será igual al tiempo requerido por el motor para enfriarse a una temperatura aceptable para un arranque. Este tiempo será una función de la Constante de Tiempo de Enfriamiento de Motor Parado programada a S5 MODELO TERMICO. Si ésta función está Desconectada, la capacidad térmica usada debe reducirse a 15% antes de que un enclave de sobrecarga se reponga. Esta función debe ser desconectada si la carga varía para diferentes arranques.


Ejemplo: Si la capacidad térmica usada para los últimos 5 arranques es 24, 23, 27, 25 y 21% respectivamente, la capacidad de arranque aprendida es 27% x 1.25= 33.75% usada. Si el motor para con 90% de la capacidad térmica usada, un bloqueo de arranque será emitido. Cuando el motor ha enfriado y el nivel de capacidad térmica usada ha caído a 66%, un arranque será permitido. Si la Constante de Tiempo de Enfriamiento de Motor Parado es programada para 30 minutos, el tiempo de enclave será igual a : TCusada= TCusada_start(e-t/tao) 66%=90%(e-t /30) t= ln (66/90) x -30 t= 9.3 minutos Ajuste : No tiene ajuste solo encendido ó apagado y actuará en función de las constantes de tiempo del motor previamente cargadas.

49? Numero de arranques, NEMA MG-1 2006.

Número de arranques de un motor trabajando en base a sus características de diseño de par, voltaje e inercia de la carga durante su periodo de aceleración. a).- Dos arranques sucesivos, reposo entre arranques, con el motor inicialmente a temperatura ambiente.

b).- Un arranque con el motor inicialmente a una temperatura inferior a la temperatura de carga nominal.

49? Numero de arranques, NEMA MG-1 2006.

Arranques adicionales: No es recomendable a menos que todas las condiciones que afecten su operación hayan sido investigadas y el motor ha sido examinado por evidencia de calentamiento excesivo. El número de arranques debe ser mantenido al mínimo debido a que la vida útil del motor es afectada por el número de arranques.

49 Incremento de temperatura, NEMA MG-1 2006.

Con motor bajo condiciones de carga nominal el incremento de temperatura no debe exceder el de la tabla 20.8.1 sobre una base de 40 de temperatura ambiente del aire de enfriamiento que ingresa el motor.

°

Placa de motor, datos para ANSI 66, 49.

Placa de datos: Número de arranques en frío y en caliente y tiempo de enfriamiento entre arranques. Motor

Placa de motor 1600HP, datos para ANSI 66, 49.

Placa de datos: 3 arranques en frío y 2 en caliente. Motor 1600HP , 4.16kV, F. S = 1.15, Clase : F

Placa de motor 1600HP, datos para ANSI 66, 49.

Placa de datos: Periodo de enfriamiento entre arranques, 30 minutos con motor a plena carga, 20 minutos a motor en vacío, y 60 minutos motor disparado por sobre carga.

66 Bloqueo por # de arranques. (Placa de datos de motor 1600HP )

Placa de datos: Periodo de enfriamiento entre arranques, 30 minutos con motor a plena carga, 20 minutos a motor en vacío, y 60 minutos motor disparado por sobre carga.

66 Bloqueo por # de arranques.

La función de Bloqueo de Arranques Múltiples puede ser usada para prevenir que los operadores ejecuten múltiples arranques y paradas en sucesión rápida. Consiste de dos elementos distintos, Arranques/Hora y Tiempo Entre Arranques. La función ARRANQUES/HORA no garantiza que un cierto número de arranques, o intentos de arranque serán permitidos dentro de una hora, mas bien, asegura que un cierto número de intentos de arranque no serán excedidos dentro de una hora. Similarmente, la función de TIEMPO ENTRE ARRANQUES no garantiza que otro arranque será permitido si el Tiempo Entre Arranques transcurre después del arranque mas reciente; mas bien, asegura un tiempo mínimo entre arranques.

66 Bloqueo por # de arranques.

Sin embargo, si el primer intento de arranque de estando frío no es exitoso, debido a un atascamiento, o toma mas tiempo porque el proceso está sobrecargado, el Modelo Térmico podría reducir el número de arranques que pueden ser intentados dentro de una hora. Puede también causar un tiempo de enclave que excede un enclave de Tiempo Entre Arranques que puede haber estado activo. Ese enclave térmico permanecerá hasta que el motor haya enfriado a una temperatura aceptable para un arranque. ARRANQUES / HORA

Se asume que un arranque de motor está ocurriendo cuando el SR469 mide la transición de ninguna corriente de motor a algún valor de corriente de motor. En éste momento, uno de los contadores de tiempo ARRANQUES/HORA es cargado con 60 minutos. Para ésta función, aún los intentos de arranque que no sean exitosos serán marcados como arranques.

66 Bloqueo por # de arranques. (arranques por hora)

Una vez que el motor es parado, el número de arranques ocurridos en la hora pasada, es comparado al número de arranques permisibles. Si los dos números son iguales, ocurrirá un bloqueo. Si ocurre un bloqueo, el tiempo de enclave será igual al mayor tiempo transcurrido desde un arranque, en la hora pasada restado de una hora. Ajuste Típico = 2 por hora. Ejemplo : ARRANQUES/HORA son programados a 2, · un arranque ocurre a T = 0 min, · un segundo arranque ocurre a T = 17 min, · el motor es parado a T = 33 min, · ocurre un bloqueo · el tiempo de enclave sería 1 hora - 33 min = 27 min

66 Bloqueo por # de arranques. arranques).

(Tiempo entre

TIEMPO ENTRE ARRANQUES

Se asume que un arranque de motor está ocurriendo cuando el SR469 mide la transición de ninguna corriente de motor a algún valor de corriente de motor. En éste momento, el contador de Tiempo Entre Arranques es cargado con el tiempo entrado. Para ésta función, aún los intentos de arranque que no sean exitosos serán marcados como arranques. Una vez que el motor es parado, si el tiempo transcurrido desde el arranque mas reciente es menor que el parámetro de Tiempo Entre Arranques, ocurrirá un bloqueo. Si ocurre un bloqueo, el tiempo de enclave será igual al tiempo transcurrido desde el arranque mas reciente, restado del parámetro de Tiempo Entre Arranques. Un valor de 0 inhabilita efectivamente éste elemento de la función de Bloqueo de Arranques Múltiples.

66 Bloqueo por # de arranques. arranques).

(Tiempo entre

Si ocurre un bloqueo, el tiempo de enclave será igual al tiempo transcurrido desde el arranque mas reciente, restado del parámetro de Tiempo Entre Arranques. Un valor de 0 inhabilita efectivamente éste elemento de la función de Bloqueo de Arranques Múltiples. Ajuste: Según se requiera o bien deshabilitar. EJEMPLO:

Tiempo Entre Arranques es programado = 25 min ocurre un arranque a T = 0 min, El motor es parado a T = 12 min ocurre un bloqueo el tiempo de enclave sería 25 min -12 min = 13 min.

66 Bloqueo por # de arranques (Por regimen de servicio o ciclo de trabajo).

Temporizador para bloqueo por número de arranques Previene de daño al motor por ciclo corto Bloqueo por número de arranques Tiempo mínímo antes de intentar arrancar

Tiempo entre arranques


Start

Start

Start

Start


Start

Start

Arranques / Hora Bloqueo (ajustado a 3)

Start

66 Bloqueo de re-arranque.

La función de Bloqueo de Re-arranque puede ser usada para asegurar que pase un cierto tiempo entre el parado de un motor y el re arranque del mismo. Esta función de contador de tiempo puede ser muy útil para alguna aplicaciones de proceso o consideraciones de motor. Si un motor está en una bomba de pozo, después de que el motor pare, el líquido puede caer de regreso en el tubo y hacer que el rotor gire en sentido contrario. No sería muy deseable el arrancar el motor en éste momento. En otro escenario, un motor puede estar funcionando a una carga de inercia bien alta. Una vez que el suministro al motor es desconectado, el rotor, al desacelerar, puede continuar girando por un largo período de tiempo. Ahora, el motor se convierte en un generador y aplicando suministro de voltaje fuera de fase puede resultar en una falla catastrófica. Nota: La función de Bloqueo de Re-arranque es estrictamente un contador de tiempo. El SR469 no percibe la rotación del rotor. Ajuste Típico : 1 segundo

66 Temporizador de rearranque

Bloqueo por rearranque Previene de un rearranque mientras el motor aún está girando

Tiempo de trabajo

Tiempo de espera

On

Off Start

Inicia el tiempo Stop

Start

Start

49, 38 Monitoreo de temperatura por RTD

Los RTD de 1 a 6 están predefinidos a Estator. Hay configuraciones individuales de alarma y disparo para cada RTD. Esto permite que si uno de los RTD no funciona correctamente, pueda ser desconectado . El nivel de alarma es normalmente ajustado un poco arriba de la temperatura normal de cuando está en marcha capacidad nominal de aislamiento. Se puede configurar para “votar” es decir que más de una RTD tenga

exceso de temperatura para prevenir disparos en falso. Los RTD de 7 a 10 están predefinidos a Cojinete, Los niveles de alarma y disparo son normalmente ajustados un poco arriba de la temperatura normal de cuando está en marcha, pero bajo la temperatura nominal del cojinete. Ajuste:

Devanados : 130 C / 150 C, Rodamientos 90 C /95 C Alarma / Disparo. Para aislamiento clase F °

°

°

°


Equivalencias Resistencia Ohm- temperatura para diversos tipos de RTD.



Ajustes sugeridos por manual técnico de motor Siemens. Documento ANIM-03522-0402SPN de 2002

50 Sobre corriente ó corto circuito Debe tenerse cuidado cuando se Conecta ésta función . Si el aparato de interrupción (contactor o interruptor de circuito) no está capacitado para interrumpir la corriente de falla, ésta función debe ser inhabilitada. Alternativamente, ésta función puede ser asignada a un relé auxiliar, y conectada de tal manera que dispare un aparato que está corriente arriba, y que es capaz de interrumpir la corriente de falla.

Con el tiempo se ha desarrollado una regla práctica que dice que la protección por cortocircuito es al menos 1.6 veces el valor de la corriente de arranque simétrica. Esto permite que el motor arranque sin disparos indeseados. En arrancadores con contactor-fusible la liberación de falla puede ser por el fusible. Y esta función debe dejarse apagada (off). Ajuste 50 = 1.6 x Irb @ 10 miliseg. ó 50 = 2.4 x Irb @ 0 miliseg.

51LR Atascamiento mecánico (mechanical jam).

Después de un arranque de motor, una vez que la magnitud de ya sea Ia, Ib o Ic excede el Nivel de Arranque × FLA por un período de tiempo especificado por el Retardo, ocurrirá un Disparo. Esta función puede ser usada para indicar una condición de atascado cuando el motor está en marcha. No solo protege el motor removiéndolo de la línea más rápidamente que el modelo térmico (curva de sobrecarga), sino que también puede prevenir o limitar el daño al equipo impulsado, que puede ocurrir si el torque de arranque del motor persiste en equipo atascado o dañado. El nivel de arranque para el Disparo por Atascamiento Mecánico debe ser ajustado mas alto que la carga del motor durante operaciones normales, pero mas bajo que el nivel de atascamiento del motor. Normalmente el retardo debe ser ajustado al mínimo del retardo de tiempo, o ajustado de tal manera que no ocurran disparos indeseados debido a fluctuaciones de carga momentáneas. Ajustes : 3 x In @ 5 segundos.

51 Sobrecorriente

A esta función frecuentemente se le llama sobrecarga, lo cual es incorrecto pues si bien si opera ante una corriente mayor a la nominal del motor esta función carece de memoria térmica Ajuste: 51 = 1.15 x Inmotor Elegir la curva que esté por encima del perfil de arranque del motor pero por debajo del límite térmico del rotor/estator. Esta curva puede funcionar que la curva de sobrecarga (49) con la diferencia de que la función 51 no tiene memoria térmica y puede permitir arranques consecutivos, la curva seleccionada en el modelo térmico (49) si tiene la memoria térmica y contabilizará el consumo de capacidad térmica ante sobrecargas, arranques y funcionamiento normal.

51 Sobrecorriente

Protección de motor con funciones de sobre corriente.

51 Sobrecorriente, curvas soft start.


51 Sobrecorriente, Curvas soft start.


51 Sobrecorriente, arranque a Tensión plena.


51 Sobrecorriente

Protección de motor por fusible y relé de sobre corriente no sobrecarga.

51 Sobrecorriente. Recomendaciones sobre la utilización y selección de curva de sobre corriente.

1.- Debe tenerse en cuenta el método de arranque del motor. 2.- Considerar que un arranque a tensión reducida se tendrá una corriente inferior a la que se tiene a tensión plena. 3.- La diferencia principal entre un arranque a tensión plena con respecto a tensión reducida es que : a).-Tensión plena: Mayor corriente de arranque menor tiempo de aceleración. b).- Tensión reducida: Menor corriente, Mayor tiempo de aceleración. 4.- Se recomienda que la curva seleccionada permita un arranque a tensión plena, es decir que a corriente de arranque el tiempo de disparo sea mayor al tiempo de arranque. Esto es debido a que en ocasiones puede surgir la necesidad de by-passear el arrancador a tensión reducida y arrancar a tensión plena.

37 Baja corriente (Pérdida de carga).

Si está habilitada, una vez que la magnitud de corriente ya sea Ia, Ib o Ic excede el Nivel de Pickup × FLA por un período de tiempo especificado por el Retardo, ocurrirá un Disparo. El elemento de Baja corriente está activo solo cuando el motor está en marcha y será bloqueado al inicio de un arranque de motor por un período de tiempo definido por el parámetro Bloqueo del Arranque por Baja corriente

Una valor de cero significa que la función no está bloqueada del arranque. Si un valor diferente de cero es ingresado, la función será inhabilitada cuando el motor está parado y también, desde que el tiempo de arranque es detectado hasta que el tiempo entrado expire.

37 Baja corriente (pérdida de carga).

Ajuste: El nivel de pickup debe ser ajustado mas bajo que la carga del motor durante operaciones normales. Con un retardo de 1 segundo. Ejemplo: Si una bomba es enfriada por el líquido que bombea, la pérdida de carga puede significar que la bomba se sobrecaliente, programar la baja corriente como habilitada. Si la carga de motor nunca debe caer bajo 0.75 × FLA, aún por cortas duraciones, el pickup de Disparo por Baja corriente podría ser ajustado a 0.70 y la Alarma por Baja corriente a 0.75. Si la bomba es siempre arrancada con carga, la función de bloqueo del arranque debe ser inhabilitada (programada como 0). El retardo de tiempo es típicamente ajustado tan rápido como sea posible, por ejemplo 1 segundo. Si se quiere proteger contra rotura de flecha entonces el ajuste debe ser menor al valor de corriente que toma en vacío el motor.

46 Desbalance (corrientes de secuencia negativa).

El desbalance del SR469 es definido como la razón de corriente de secuencia negativa a la corriente de secuencia positiva, I2/I1, si el motor está operando a una carga (Iavg) mayor que FLA. Si la Iavg del motor es menor que FLA, el desbalance es definido como I2/I1 × Iavg/FLA. Esta reducción de la capacidad nominal es necesaria para prevenir alarmas indeseadas cuando un motor es cargado ligeramente. Si está habilitada, una vez que la magnitud de desbalance excede el Nivel de Pickup por un período de tiempo especificado por el Retardo, ocurrirá un disparo y/o alarma. Si el nivel de desbalance excede 40%, o cuando Iavg > 25% FLA y la corriente en cualquier fase es cero, el motor será considerado de fase única y ocurrirá un disparo dentro de 2 segundos. Protección de Fase Única es inhabilitada si la función de Disparo por Desbalance es Desconectada.


Cuando se esté ajustando el nivel de pickup de desbalance, debe notarse que un desbalance de voltaje de 1% típicamente se transforma en un desbalance de corriente de 6 %. Por lo tanto, para prevenir disparos o alarmas indeseados, el nivel de pickup no debe ser fijado muy bajo. También, puesto que desbalances por corto tiempo son comunes, un retardo razonable debe ser fijado para evitar disparos o alarmas indeseados. Es recomendado que la función de Polarización Térmica por Desbalance sea usada para polarizar el Modelo Térmico para que responda por calentamiento del motor, el que puede ser causado por desbalances cíclicos de corto tiempo. NOTA: Niveles inusualmente altos de desbalance pueden ser causados por alambrado incorrecto del TC de fase.


Ajuste: Fluctuaciones de niveles de desbalance de corriente son causados típicamente por el voltaje de suministro ó alguna falla a tierra. Puede ser deseable tener una alarma enganchada para capturar cualquiera de las fluctuaciones que van mas allá de los parámetros de Alarma por Desbalance. También, es recomendado un disparo. Si el voltaje de suministro es normalmente des balanceado hasta 2 %, el desbalance de corriente que un motor típico vería es 2 × 6 = 12%, ajuste el pickup de alarma a 15% y el pickup de disparo a 20% para prevenir disparado indeseado. 5 Ó 10 segundos es un retardo razonable.

50G Falla a tierra.

Una vez que la magnitud de la corriente de tierra excede el Nivel de Pickup × Primario TC de Tierra (S1 AJUSTE DEL SISTEMA/SENSORES DE CORRIENTE) por un período de tiempo especificado por el Retardo, ocurrirá un disparo y/o alarma. Al utilizar la 50N considerar que cuando un motor arranca, la corriente de arranque (típicamente 6 × FLA para un motor de inducción) tiene un componente asimétrico. Esta corriente asimétrica puede causar que una fase vea tanto como 1.6 veces la corriente de arranque RMS normal. Este componente DC momentáneo causará que cada uno de los TC de fase reaccione diferente y la corriente neta en la entrada de tierra en el relevador no será sin valor. Un bloqueo de 20 ms de los elementos de la falla de tierra cuando el motor arranca permite que el SR469 marche a través de ésta señal de corriente de tierra momentánea.

50G Falla a tierra.

Para activar esta función de protección el contactor debe tener la capacidad de interrumpir el nivel de falla a tierra. Varias situaciones (ejemplo: rebote del contactor) pueden causar transitorios de corriente a tierra (durante el arranque del motor), que pueden exceder los niveles de Pickup de Falla de Tierra solo por un período bien corto de tiempo. Los retardos de tiempo por Falla de Tierra son ajustables en incrementos de 10 ms. El retardo puede ser afinado a una aplicación tal que todavía responda rápidamente cuando marche a través de perturbaciones operacionales normales. Normalmente, los retardos de tiempo por falla de Tierra serán ajustados lo mas pronto posible, 0 ms. Puede ser necesario incrementar el tiempo si ocurren disparos indeseados. Ajustes : 50G = 10 A @ 10- 100 mseg. Aumentar si hay disparos en falso ó pruebe cambiando el TC core balance.

50G HS Falla a tierra de alta sensibilidad.

Para sistemas eléctricos puestos a tierra con alta impedancia, tal es el caso de los buque o barcos o el de algunas armadoras de autos, el nivel de falla a tierra puede ser tan bajo como unos 2 Amperes, por lo tanto el método de detección puede ser de detección mediante corriente y entradas de alta sensibilidad en relevadores de protección, con un TC de secuencia cero de 50/ 1 A o de 50 / 0.025 A. El relé GE 469 tiene dos entradas para falla a tierra una para el TC de balance Multilin 50:0.025, y una para el TC de tierra con secundarios de 1A o 5A, también programable en el campo. La detección de fallos en la tierra sensible puede ser utilizada en redes aisladas o compensadas para la detección de cortocircuitos a tierra. • En las redes puestas a tierra o en forma de baja resistencia ( semi estática), la detección de faltas a tierra sensible sirve para la detección de cortocircuitos a tierra de alta resistencia. • La función puede ser utilizada también como protección de respaldo de

cortocircuitos a tierra. Un ajuste típico puede ser de 100 mA, @ 10ms. Nota: Como Referencia el ajuste de fallas a tierra del sistema de trazas eléctricas Thermon de 30 mA disparo instantáneo, la razón

87M Diferencial de motor. 87M

auto balanceada. 1 solo juego de 3 TC.

87M Diferencial de motor. 87M Sumatoria de corrientes utilizando entrada de TC de fase, 2 juegos de 3 TC.

87M Diferencial de motor. 87M Sumatoria de corrientes sin utilizar entrada de TC de fase, 2 juegos de 3 TC.

87M Diferencial de motor.

Una vez que la magnitud de ya sea IaIN-IaOUT, IaIN -IaOUT, IbIN-IbOUT o IcIN-IcOUT (diferencial de fase) excede el Nivel de Pickup x Primario TC Diferencial por un período de tiempo especificado por el Retardo, ocurrirá un disparo. El elemento de disparo Diferencial es programable como una fracción del TC nominal. El nivel puede ser ajustado mas sensitivo si los TC Diferenciales están conectados en una configuración balanceante de flujo (3 TC). Si 6 TC son usados en una configuración sumatoria, durante el arranque de motor, los valores de los dos TC en cada fase pueden no ser iguales i guales ya que los TC no son perfectamente idénticos. (Corrientes asimétricas pueden causar que los TC en cada fase tengan diferentes salidas). Para prevenir disparos indeseados en esta configuración, el nivel puede tener que ser ajustado a menos sensitivo, o el retardo de tiempo puede tener que ser extendido para moverse a través del período de problema durante el arranque.. arranque..


Características de disparo protección diferencial.

87M Diferencial de motor, arranque con autotransformador.

87M Diferencial de motor, arranque con autotransformador. Se observan las corrientes del primario y secundario del autotransformador, considerar esto para ajustes de transición en un arranque a tensión reducida y para protección.


El retardo puede ser afinado a una aplicación tal que todavía responda rápidamente cuando marche a través de perturbaciones operacionales normales. Ajuste : 0.2 x Inmotor @ 0 seg. En el relé se ajusta como Ajuste = fracción x INTC hacer equivalencia. Ejemplo: In motor = 100 A, ajuste = 0.2 x 100 = 20 A. Como el TC = 200/5 A el ajuste en el relé será Ajuste = 0.1 x TC @ 0 seg. El relé SR 469 tiene la opción de dar un ajuste durante el arranque y otro para régimen de trabajo. Esto se utiliza cuando se tiene problemas con TCs de baja clase (potencia) y un alto burden conectado por ejemplo por líneas largas de cableado del secundario del TC.

27 Bajo Voltaje

El parámetro de Bloqueo por B/V Cuando la Barra está Des-energizada puede ser usado para prevenir alarmas o disparo indeseados cuando la barra no está energizada. Si „Si‟ es programado para éste parámetro, al menos un voltaje debe ser

mayor que 20% de la capacidad nominal de voltaje en la placa de datos, para cualquier alarma o disparo. Si la carga es de alta inercia, puede ser deseable el asegurarse que el motor es disparado fuera de la línea, en caso de una pérdida total de voltaje de línea. La programación de „No‟ para el parámetro de bloqueo asegurará que el

motor es disparado y debe ser re arrancado después de que la barra es reenergizada.

27 Bajo Voltaje

Si la función de alarma o disparo por bajo voltaje está habilitada, una vez que la magnitud de ya sea Va, Vb o Vc cae bajo el Nivel de Pickup mientras está en marcha, o Nivel de Pickup de Arranque mientras está arrancando, por un período de tiempo especificado por el Retardo, ocurrirá un disparo o alarma. (Los niveles de Pickup son múltiplos del voltaje del motor en la placa de datos ). Un bajo voltaje en un motor en marcha, con una carga constante resultará en un incremento de corriente. El modelo térmico del relevador típicamente tomará ésta condición y proporcionará protección adecuada. Este parámetro, sin embargo, puede ser usado junto con el retardo de tiempo para proporcionar protección adicional, que puede ser programada para que al dispararse proporcione una advertencia anticipada.

27 Bajo Voltaje

El intento de arrancar un motor grande cuando el suministro de voltaje ya está bajo, también puede ser indeseable. Un bajo voltaje significativo, que persiste mientras se está arrancando un motor, puede prevenir que el motor alcance la velocidad nominal. Esto puede ser especialmente crítico para un motor sincrónico. Esta función puede ser usada con un retardo de tiempo para proporcionar protección por condiciones de bajo voltaje antes y durante el arranque. Ajustes :

Pickup: 70% Vn. starting 80% Vn . running Time Delay: 13.0 s

59 Alto Voltaje

Un sobre voltaje en un motor en marcha con una carga constante, resultará en un decremento en la corriente. Sin embargo, las pérdidas de hierro y cobre incrementan, causando un incremento en la temperatura del motor. El relé de sobrecarga de corriente no tomará ésta condición ni proporcionará protección adecuada. Por lo tanto, el elemento de sobre voltaje puede ser útil para proteger el motor en caso de una condición de sobre voltaje sostenida. Ajustes:

110%Vn @ 10 segundos

La tensión nominal es la nominal del sistema (bus).

64 Falla a tierra (detección por voltaje)

En sistemas aislados se observa que la corriente de falla a tierra es muy pequeña y prácticamente despreciable esta corriente viene determinada por el acoplamiento capacitivo del sistema

64 Falla a tierra

Transitorios durante fallas a tierra en sistemas aislados.

64 Falla a tierra

La detección se lleva a cabo mediante 3 TP s conectados en delta rota. Ajuste típico : 25V, @ 5 segundos ´

Protección de motor

COMENTARIOS / CONCLUSIONES: 1.- Que PEMEX solicite en sus especificaciones: a).- Tiempo seguro corriente a rotor bloqueado en frío al 100% de tensión. b).- Tiempo seguro de corriente a rotor bloqueado en caliente al 100% de tensión. c).-Tiempo seguro de corriente a rotor bloqueado en caliente al 80% de tensión. d).-Tiempo seguro de corriente a rotor bloqueado en frío al 80% de tensión. e).- Constante térmica de enfriamiento f).- Constante térmica de calentamiento g).- Número de arranques en frío h).- Número de arranques en caliente i)Tiempo de reposo entre arranques en frío j).- Tiempo de reposo entre arranques en caliente. k).- Valor X/R


COMENTARIOS / CONCLUSIONES: 2.- Cuando se reciba una coordinación de protecciones revisar ajustes propuestos 3.- Cuando se reciba por proyecto o por mantenimiento un motor y su protección revisar ajustes. 4.- Revisar data sheet de motores nuevos y exigir que se entreguen sus curvas. 5.- Consultar y aplicar normatividad Vigente, por ejemplo NOM-001-SEDE2005, NFPA-20 motores de bombas contra incendio. 6.- consultar libros de protecciones eléctricas.


Referencias: 1.- Manual técnico de relevador multilin GE Sr 469 General Electric. SR469 Versión: 30D200A4.000 Manual Versión: D4 Copyright 1997 GE Multilin http://www.gedigitalenergy.com/multilin/ 2.- Libro “ Protección óptima de motor” Siemens AG. 3.- Manual Técnico de motor de 4.16kV marca siemens ANIM-03522-0402SPN de 2002. 4.- IEEE std 620 5.- IEC 60034-1 6.- NFPA 20

AJUSTES DE PROTECCIÓN DE MOTOR

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