Proteccion de Motores

Genius E D N Ó I S C E C R E O T T O O R P M

PROTECCIÓN DE MOTORES

enius

The world’s largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.

Introducción Los motores eléctricos de inducción en corriente alterna, son los dispositivos más usados cotidianamente para la ejecución de trabajos mecánicos. Los encontramos en todo tipo de apl aplicaci ación: ventil tilación, ón, refr refriigerac eraciión,ai ón,aire re acondicionado, bombeo, molinos, medios transportadores, etc., etc. Las principales causas por las por las ue estos dispositivos sufren da!os irreparables, se deben a las alteraciones del suministro eléctrico, e"ceso de trabajo mecánico asociado # problemas en la instalación eléctrica ue alimenta al motor. $n un segundo plano se encuentran los problemas asociados al deterioro de las partes ue componen el motor. %anto los motores monofásicos como los trifásicos son susceptibles a desperfectos debido a las causas antes mencionadas.

Alteraciones del suministro eléctrico $l desbalance de voltaje, la pérdida de una fase, la inversión de secuencia, el bajo voltaje # alto voltaje son alteraciones del suministro eléctrico ue causan da!os irreversibles a los motores eléctricos. $stas alteraciones da!an los motores # reducen su tiempo &ncl ncluso, puede ueden n ocas casiona onar accidente entes s uein einvolucren cren al pers person onal al 'uma 'umano no ue ue int interac eract( t(en en con ellos.

de vida.

.)*uministro $léctrico: La distribución de energ+a eléctrica consiste en el suministro de energ+a, mediante tres ondas de tensión sinusoidales desfasadas una de la otra en 12 grados. -na manera de representar estas formas de onda es la gráfica de voltaje en función del tiempo:













tra forma de representar estas ondas, es usando vectores para cada una de ellas 0asores. on ello representamos la tensión entre cada l+nea de distribución de energ+a # el neutro, llamándose estos voltajes de red 31, 32, 3 o llamándolos voltajes de l+nea 3a, 3b, 3c si representamos la tensión entre las fases.

.)5esbalance de 3oltaje: $l desbalance de voltaje 3-6 3-6 es la alteración del suministro eléctrico más da!ina a la ue puede estar sometido un motor eléctrico. 7parece con la incorporación desbalanceada de cargas monofásicas a las l+neas, provocando ue unas tengan más o menos carga ue otras. $sta incorporación asimétrica de cargas monofásicas, provocará valores de voltaje distintos entre las fases.













8eneralmente, en las instalaciones nuevas se pone especial cuidado en balancear la balancear la distribución de las cargas en cada fase. *in embargo, a medida ue se incorporan nuevos euipos monofásicos al suministro eléctrico comien9a a presentarse el desbalance de voltaje.

Las normas $;7 establecen el desbalance de voltaje 3-6, como la má"ima desviación de uno de los voltajes de fase con respecto al promedio de los tres voltajes de fase.













$l principal problema ue provocará el desbalance de voltaje 3-6 a un motor eléctrico en marc'a, es el aumento de la temperatura del motor. $llo, debido a la aparición de corrientes de secuencia negativa en sus arrollados. $stas corrientes, producirán un campo electromagnético contrario al ue impulsa el sentido de giro ue posee el motor. $ste campo electromagnético contrario, provocara una perdida de la potencia relativa del motor # dic'a perdida se convertirá en más calor para calor para los arrollados.

-n desbalance de voltaje 3-6 del <= provocara una pérdida de la potencia relativa del 2<= # un aumento del calor presente calor presente en los arrollados del motor. $l aumento del calor deteriorará de manera progresiva # acumulativa dic'os arrollados # en consecuencia disminuirá la vida (til del motor. $l porcentaje de sobrecalentamiento del motor será directamente proporcional a dos veces el cuadrado del porcentaje de desbalance de voltaje 3-6.













.)>érdida de una 0ase: La pérdida de una fase 3*> se considera como el caso e"tremo de un desbalance de voltaje.

-n motor trifásico en marc'a ue pierda una fase 3*>, continuara girando obteniendo la energ+a ue reuiere de las dos fases restantes, esto se traduce en un aumento significativo de las corrientes en las fases restantes # en consecuencia de la temperatura de los arrollados del motor. $n muc'os casos, dependiendo de la carga asociada, el motor es capa9 de regenerar la fase perdida.

La frecuencia 0undamental de la onda regenerada es la misma, pero la amplitud # la fase var+an. >ara reconocer una onda regenerada se 'ace necesario detectar la desviación del ángulo de fase de dic'a onda # la variación del desbalance del sistema.















7l poner en poner en marc'a un motor trifásico motor trifásico en ausencia de una fase, este consumirá en las dos fases restantes, una corriente euivalente a la denominada como rotor trancado L@7. 5ic'a corriente generará un sobrecalentamiento de tal magnitud, magnitud, ue en pocos segundos destruirán completamente los arrollados del motor. .)&nversión de *ecuencia: La inversión de dos de las tres fases, puede causar da!os a mauinas o producir accidentes producir accidentes personales al 'acer girar 'acer girar los los motores en sentido inverso. -na inversión en la secuencia de las fases, suele ocurrir cuando se modifican las instalaciones eléctricas # durante las labores de mantenimiento del cableado.

.)6ajo 3oltaje # *obre voltaje: Las con condic diciones ones de baj bajo volt volta aje -3 -3 # sobr sobre e volta oltajje 3 3 se principalmente a sobrecarga de los circuitos #/o regulación defectuosa.

debe deben n

-n motor eléctrico ue opere en presencia de bajo voltaje -3, aumentará las corrientes de trabajo # en consecuencia se sobrecalentarán sus arrollados. -na combinación de voltaje bajo -3 # desbalance de voltaje 3-6 producirá un ma#or sobrecalentamiento ma#or sobrecalentamiento del ue producen estas alteraciones por separado. por separado.













-na variación del B1= del voltaje de operación especificado por el fabricante del motor, se traducirá en un peligroso incremento de las corrientes # un sobrecalentamiento de los arrollados del mismo. -n moto motorr elé eléctri ctrico co ue ue ope opere en pres presen enc cia de sobr sobre e volt voltaj aje e 3 3 se sobrecalentará innecesariamente. $sta condición es especialmente peligrosa si el motor se motor se encuentra a rotor trancado, rotor trancado, la corriente ue consumirá será superior a la corriente a rotor trancado rotor trancado L@7.

-na variación C1=, del voltaje especificado por el fabricante del motor, se traducirá en un peligroso e innecesario sobrecalentamiento de los arrollados. *i el moto motorr, bajo bajo esta esta cond condic ició ión n de sobr sobre e volt voltaj aje, e, lleg llegas ase e a enco encont ntra rars rse e mecánicamente trancado, incrementará el valor de valor de su corriente de rotor trancado rotor trancado L@7.

Trabajo mecnico asociado al motor! $l trabajo mecánico asociado a un motor eléctrico posee m(ltiples naturale9as: compresión de gases, ventilación, bombeo de l+uidos, transporte de cargas, etc. $n todos estas aplicaciones, la energ+a consumida siempre es eléctrica # el consumo será ma#or o ma#or o menor dependiendo del esfuer9o al ue sea sometido el motor. La energ+a consumida fluirá 'acia el motor con las corrientes de trabajo trabajo,, estas estas pueden variar, a ma#or esfuer9o ma#or corriente, a menor esfuer9o menor corriente.













-n motor ue opere con una corriente superior a la corriente de factor de servicio, estará sometido a una sobrecarga  e incrementara el calor de calor de sus arrollados peligrosamente. *i dic'o evento es sostenido en el tiempo, el motor se calentara por encima de su temperatura má"ima permitida. $sto afectara la integridad sus arrollados de manera irreversible. $l tiempo ue tarda un motor, trabajando con una sobrecarga , en calentarse 'asta el punto en ue se destru#an sus arrollados, es variable # dependerá del valor de la corriente ue este consumiendo producto del sobre esfuer9o. *i la sobrecarga mecánica es lo suficiente alta como para ue el motor no pueda girar rotor trancado, este consumirá una corriente seis veces superior a la corriente nominal. $sta corriente se llama corriente a rotor trancado rotor trancado L@7.

%iem po de 0alla 3 s ivel de *obrecarg a ;oto r lase 1,

La vida (til e integridad de los arrollados del motor, depende del aislamiento ue posee el alambre de cobre con ue están construidos. La temperatura es el principal enemigo del aislamiento. La vida (til del aislante se reduce a la mitad por cada 1 grados cent+grados adicionales a la temperatura má"ima de operación especificada por el por el fabricante del motor.













$l aumento en los valores de la corriente del motor, también ocurre debido a situaciones en donde el motor opere con bajo voltaje o sobre voltaje. $stas situaciones situaciones indeseables, provocarán un aumento de las corrientes de trabajo del motor # de la temperatura de d e sus arrollados. -n motor ue trabaje trabaje simultáneamen simultáneamente te con sobrecarga # bajo voltaje o sobre voltaje, voltaje, aumentará a(n a(n más más sus corrientes de trabajo, en comparación con cualuiera de dic'as condiciones por separado, # la temperatura interna alcan9ará aceleradamente los niveles má"imos permitidos. $l desb desbal alan ance ce de volt voltaj aje e prov provoc ocar ara a un cale calent ntam amiiento ento e"tr e"tra a del del moto motorr, independiente del esfuer9o mecánico ue pueda estar desempe!ando. estar desempe!ando. -n motor operando con una corriente cercana a la de factor de servicio # ue este en presencia de desbalance de voltaje, incrementará su temperatura interna a niveles peligrosos. $n esta condición la temperatura sobrepasara la má"ima permitida, permitida, sin ue el motor este mecánicamente sobre esfor9ado, destru#éndose en breve tiempo sus arrollados.

Condiciones de la instalación eléctrica! La degradación de los dispositivos de control, el subdimensionamiento del cableado ue energi9a el motor # la incorporación de nuevas cargas al suministro eléctrico, son los principales problemas in'erentes a la instalación eléctrica ue atentan contra la vida (til del motor. .)5egradación de los dispositivos de control: -n motor trifásico generalmente es energi9ado # desenergi9ado por un relé contactor. 5ic'os relés reali9an una maniobra cada ve9 ue energi9an o desenergi9an un motor. %odos los relés contactores tienen un tiempo de vida (til ue se mide por n(mero de maniobras. $ste n(mero de maniobras, puede ser ma#or o menor dependiendo de la cantidad de corriente ue maneje el contactor. Los fabricantes de contactores siempre ofrecen información del tiempo de vida (til del contactor seg(n la corriente ue circule a través de













.)*ubdimensionamiento del cableado ue energi9a al motor:















-n cableado con una capacidad conductiva igual o menor a menor a la corriente nominal del motor, provocara situaciones de bajo voltaje justo en los segundos iniciales, entre el arranue del motor # el momento en ue este alcance su velocidad nominal de trabajo @>;. %ambién ocurrirá lo mismo si con dic'o cableado el motor opera con una corriente igual a la del factor de servicio. La magnitud de la ca+da de voltaje dependerá de la capacidad conductiva del cable, la longitud del cableado # del valor de valor de la corriente de trabajo del motor. $n esta condición de subdimensionamiento del cableado, si el motor arrancase con carga, consumirá corrientes ma#ores a la del factor de servicio # estará en presencia de una sobrecarga . *i el motor nunca llegase a alcan9ar su velocidad nominal de trabajo, en pocos segundos se sobrecalentara 'asta su temperatura má"ima de operación. .)&ncorporación de nuevas cargas al suministro eléctrico: 5e no planificar correctamente la incorporación de nuevas cargas a la red, se ocasionaran situaciones de bajo voltaje # desbalance de voltaje. $n estas condiciones el motor sufrirá recalentamientos innecesarios ue podr+an da!arlo irreversiblemente.

Problemas in"erentes a la construcción del motor! Los motores eléctricos de inducción son mauinas sencillas en su construcción, partes propias pueden afectar su desempe!o # su vida (til. Los puntos más sensibles sensibles del motor a sufrir deterioros con el uso son los conectores













destruirse as+ los conectores. 5e da!arse un borne el motor se lesionará irreversiblemente, #a ue operara tan solo con dos fases *>. on dos o tres bornes destruidos, el motor se motor se detendrá # tendrá ue reconstruirse la bornera. .)0alta de 3entilación: Los motores eléctricos, reuieren liberar el calor ue provoca el trabajo ue desempe!an. La gran ma#or+a posee ventilación for9ada ue la genera un ventilador asociado al eje del motor. $n algunas construcciones de motores, la liberación de calor es reali9ada por métodos distintos a los del uso de aire impulsado por el por el ventilador. La falta de ventilación provocara el aumento de la temperatura de los arrollados del motor, degradándose el aislamiento de los mismos # destru#éndose irremediablemente. La ausencia de ventilación puede ser provocada ser provocada por obstrucción por obstrucción de la entrada # salida de aire o por la por la inoperancia del ventilador ue ventilador ue posee el motor. .)5egradación de los rodamientos: -n motor eléctrico, por lo general, posee dos rodamientos ue soportan el eje del rotor. Los rodamientos tienen un tiempo vida (til # su degradación siempre terminará trancando el rotor del rotor del motor. -n rodamiento degradado pasara por un lapso, de duración variable e incierta,













estén en capacidad de supervisar los valores de voltaje # de las corrientes, con ue opera el motor. ;uc'os dispositivos en el mercado ofrecen protección de motores trifásicos, la oferta es amplia # contempla desde los clásicos relés térmicos de sobrecarga, los supervisores electrónicos de voltaje, los relés electrónicos de sobrecarga, 'asta las (ltimas tecnolog+as de protecciones integrales # las protecciones totales para motores trifásicos. Las dos (ltimas ofrecen protección al motor procesando digitalmente los valores de las corrientes, de los voltajes # de la temperatura del motor simultáneamente. motor simultáneamente. .)@elés térmicos de *obrecarga: 8eneralmente la protección mas utili9ada en las aplicaciones de motores trifásicos es el relé térmico de sobrecarga. 7 través de él flu#en las corrientes corrientes ue consume el motor, calentándose # enfriándose de igual manera ue este. >ara ello, 'acen uso de unas resistencias calentadoras por las ue flu#en las corrientes del motor. *i el calor acumulado en las resistencias es ma#or o ma#or o igual al má"imo permitido, un contacto asociado a estas, se dilatará por efecto del calor # desenergi9ará al motor. $n ese momento, el relé térmico comen9ará a enfriarse # cuando el calor remanente llegue a un nivel seguro, energi9ará nuevamente al motor. >or lo general los relés térmicos de sobrecarga poseen un selector, ue permite programar su rearme de manera manual o automática.













entraran en ciclo indefinido de paradas # arranues, da!ándose el motor supuestamente protegido. $stando un relé térmico de sobrecarga sometido a un ciclo continuo de calentamiento # enfriamiento, producto de una falla sostenida en el tiempo, en mu# poco tiempo estará descalibrado # su capacidad de protección se vera severamente afectada. .)>rotecciones por fallas por fallas de voltaje: 7ctualmente, la totalidad de la oferta de protecciones de voltaje para motores trifásicos e"istentes en el mercado operan electrónicamente. $stas, procesan los valores de voltaje de manera analógica o digital, dependiendo de la tecnolog+a con ue estén construidas. 5e presentarse la falla de voltaje, desenergi9arán al motor # motor # tan solo lo reconectarán una ve9 desaparecida la falla. La oferta de protecciones de voltaje para motores trifásicos es mu# amplia. La diferenciación entre marcas # modelos esta comprendida por funciones de protección, tempori9ación, ajustes, modos de rearme, visuali9ación de las fallas, capacidad de comunicación, formato de la carcasa, etc., etc. $l uso de una protección de voltaje para proteger un motor trifásico en ning(n momento descarta el uso de un relé térmico de sobrecarga. 7mbas sobrecarga. 7mbas protecciones son complementarias aunue no abaruen todos los escenarios en ue el motor deba ser protegido. ser protegido.













deberá utili9ar una protección ue permita ajustar el valor má"imo de desbalance permitido. $s importante recordar ue un desbalance de voltaje del <= provocara un aumento de la temperatura del <= en los arrollados del motor. Las otras funciones de protección como bajo voltaje # sobrevoltaje, deberán de tener valores tener valores permitidos similares a los ue especifica el fabricante del motor. La protección por pérdida de una fase estará impl+cita en la de desbalance. Las dispositivos digitales reportan por separado las fallas de desbalance de voltaje # pérdida de una fase, al igual ue el resto de las fallas. .)@elés electrónicos de sobrecarga: $stos dispositivos calculan con tecnolog+a electrónica el calentamiento del motor en función de las corrientes ue consume. uando el calor llegue al má"imo permitido, desnergi9arán al motor # lo energi9aran nuevamente una ve9 ue se 'a#a enfriado. 7lgunos están en capacidad de reportar inversión en la secuencia de las fases, pero lo 'acen con el motor en marc'a lo ue es particularmente peligroso, sobre todo en auellos procesos con personal asociado al desempe!o del motor. $n ausencia de una fase solo actuarán si el motor esta motor esta en marc'a, al igual ual ue los relés tér térmico micos s de sobrec recarga arga,, calentán tándose ose el moto motor r innecesariamente antes de ser desconectado. ser desconectado. $stos dispositivos, son incapaces de actuar inmediatamente ante fallas de voltaje asociadas a la red # muc'o menos calcular el calcular el calor provocado calor provocado por el por el desbalance de voltaje, todo ello debido a ue toman solo dos se!ales de voltaje e"clusivamente para energi9arse. %ambién es importante destacar, ue la ma#or+a de estos dispositivos no poseen memoria térmica # de presentarse una falla completa del suministro eléctrico,















7dicionalmente, estos dispositivos ofrecen la función de parada definitiva por













fallas sucesivas, prestación ue evita ue el motor este constantemente arrancando # parándose de manera indefinida ante una sobrecarga sostenida. 7 diferencia de los @elés $lectrónicos de *obrecarga, los @elés &ntegrales de >rotección si poseen memoria térmica. $sta caracter+stica, les permite mantener la información del calor remanente calor remanente en el motor de motor de encontrarse la protección bajo una ausencia total de energ+a. $n esta condición, estos avan9ados dispositivos descontaran el calor remanente en el motor, de igual manera ue ocurra el enfriamiento del motor producto motor producto de encontrarse este en reposo. .)@elés de >rotección %otal de ;otores $léctricos: 7l igual ue los @elés &ntegrales de >rotección, están construidos sobre la base de microcontroladores # supervisan constantemente los valores de las tres corrientes del motor # de los tres voltajes de red. @eali9an de igual manera las mismas protecciones # otras funciones especiales de protección, tales como detección detección de subcarga, arranue con alta carga # detección rápida de rotor trancado. >ermiten también, a través de una sonda de medición,













ANE%O &' PRO()EMAS ACT*A)ES SO(RE )A PROTECCIÓN DE MOTORES $l resultado de un estudio 'ec'o con más de F. casos de defectos de motores en &nglaterra, 0inlandia # $stados -nidos, indica ue más de la mitad de los defectos producidos en los motores se deben a sobrecarga térmica, fallo de fase # 'umedad, aceite, polvo, etc. $s importante destacar ue estos defectos se 'an producido a pesar de la presencia de un sistema de protección normal, generalmente relés térmicos bimetálicos. >or otra parte, mientras ue sólo el 2<= de los casos de defectos corresponde a motores de potencia superior a los 4 IJ, el coste de la reparación de los mismos supone casi el E= del total, lo ue demuestra claramente ue una buena protección es tanto más necesaria cuanto ma#or es













sometido a una temperatura má"ima admisible en permanencia p.e. 12 para













clase 6. uando se sobrepasa esta temperatura, la vida del motor se reduce seg(n una regla generalmente aceptada, llamada regla de ;ontsinger.















de cortocircuito en el interior del motor el sistema de protección contra cortocircuitos del circuito au"iliar evitara au"iliar evitara ue se da!e, además del propio motor, el arrancador # el euipo de control del mismo. $l sistema de protección del circuito au"iliar contra sobrecargas, determinado en parte por la corriente en el arranue # en el tipo de motor, esta pro#ectado para proteger a proteger a los conductores de alimentación contra sobrecargas continuadas. $sta protección en la l+nea es, sin embargo, más elevada ue la necesaria para la protección del motor contra motor contra sobrecargas constantes en funcionamiento. >or esto, es necesario, además,













poseen una base roscada # están pro#ectados para ser utili9ados en arrancadores reducidos o en cajas de interruptores de seguridad a 12< 3, en motores de peue!a corriente. >or regla >or regla general, los fusibles protegen contra los cortocircuitos más bien ue contra las sobrecargas.













Los tipos de fusibles de alta tensión más comunes son: 1 el fusible de desioni9ación con ácido bórico liuido, 2 el fusible de e"pulsión, #  el fusible de material sólido. La selectividad o filiación entre fusibles es importante tenerla en cuenta, #a ue de ello dependerá el buen funcionamiento de los circuitos. &déntico problema se nos presentara con la selectividad de los interruptores automáticos.













La curva caracter+stica de un disparo magnético es la representada en la figura siguiente.













mostrado en la figura emplea un arco de disco bimetálico cu#a cara superior tiene un elevado coeficiente de dilatación. 7 causa del calor, las fuer9as desarrolladas en el disco, debidas a la distinta, son tales ue el disco debe invertir su invertir su conve"idad con rapide9 en ve9 de gradualmente. $l disparo de acción rápida ue aparece en el instante de la inversión tiene fuer9a suficiente para abrir los contactos fijos a # b. $l tiempo de despla9amiento del relé térmico bimetálico de má"ima es inversamente proporcional a la magnitud de la corriente de sobrecarga sostenida. 5e la misma forma ue los relés de fusión térmica #



























Proteccion de Motores

Recommend Documents