Guía de diseño con motores de inducción (6ª PARTE

Ver 5ª PARTE

Protección del fallo de tierra

Esta protección proporciona el aislamiento de motores en caso de fallos de tierra. Este elemento puede ser conectado en conexión residual o usando un CBCT. El relé de protección de motor ideal es proporcionado con un ajuste pick up de fallo de tierra de 2 % a 100 % y el ajuste de demora de 0,05 seg a 5 seg. Este filtro de armónicos se controlará para eludir cualquier mala operación debida a corrientes desequilibradas.

Debe notarse que, en caso de conexión residual, si el elemento de fallo de tierra es proporcionado con una protección instantánea, el elemento de fallo de tierra puede causar operaciones no deseadas durante el arranque del motor. Esto es debido a las características de saturación desiguales del CTs proporcionados por el sistema. Para evitar estos problemas se necesita una resistencia de estabilización en el circuito de fallo de tierra.

El valor de la resistencia de estabilización puede ser calculada de la siguiente forma:

R > I_st (R₂ + R_w) x I_o

Donde:

I_st = Corriente de arranque del motor (en secundario de CT´s).

I_o = Ajuste del nivel de disparo del elemento E/F (en secundario de CT´s).

R₂ = Resistencia del devanado secundario del CT

R_W = Resistencia del bucle del conductor entre CT y relé

Aparte de las protecciones anteriores, tener entrada RTD y BTD es una característica opcional. En entradas RTD se requiere un dispositivo PT100 que es instalado cerca del devanado que incrementará su resistencia cuando la temperatura se eleve. Debe notarse que el dispositivo PT100 necesita ser calibrado por encima de 1,5 Kohmios correspondiendo a temperaturas anormales.

MÉTODOS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

Arranque con contactor ATL

Hay varios métodos que pueden ser usados para arrancar un motor de inducción AC. El método más simple es cerrar un contactor y permitir que el motor arranque a voltaje nominal, o “Across The Line” (ATL). Este es el método más antiguo usado para arrancar un motor y, aunque compacto y económico, dista de ser el mejor. El arranque ATL está sometido a corrientes que están entre seis y ocho veces la corriente nominal del motor. Los motores de eficiencia Premium tienen corrientes de arranque que son diez veces el ampedaje a pleja carga. Estas corrientes dan como resultado problemas mecánicos para el motor y la aplicación.

Desventajas del arranque ATL

• Las corrientes de entrada altas crean tensiones en los devanados del motor. Esta tensión causará que los devanados muevan en las curvas del extremo del estator. Esto causará que el aislamiento se descomponga. Ocasionalmente pueden ocurrir cortocircuitos fase a fase que darán como resultado fallos en el motor.
• El arranque a pleno voltaje causará daños en correas, poleas, cajas de engranajes, y otros componentes mecánicos a través de la aplicación del tren de transmisión, originando costes por paradas y reemplazamientos.
• El arranque a pleno voltaje crea también bajadas en el voltaje que pueden resultar en penalizaciones de las distribuidoras. Las caídas en líneas que los grandes motores pueden crear también pueden causar problemas con otras aplicaciones a través de la planta.
• También el contactor está sometido a grandes tensiones que requieren una gran cantidad de mantenimiento.
• También tiene lugar una protección de motores pobre  con el uso de sobrecarga bimetálica con el 20 % de exactitud.

·         No tenemos capacidad para controlar la deceleración.

Arranque de voltaje reducido con autotransformador

El arrancado de autotransformador es simplemente un transformador configurado con contactores para permitir una aceleración por pasos a velocidad nominal. Esto se consigue con tomas al transformador a 50, 65 y 80 % del voltaje nominal. Una de estas tomas es el primer paso de voltaje aplicado al motor y se subsiguientemente seguido por un segundo paso a pleno voltaje.

Desventajas del arranque del autotransformador:

• Limitada ajustabilidad a las condiciones de carga.
• Choque mecánico a sistema entre pasos.
• Gran tamaño; toma control del espacio de la habitación.
• Mantenimiento del contactor alto.
• Coste de compra alto.
• Incapaz de compensar fácilmente por variaciones de voltaje de entrada.
• Deceleración no controlada.
• Pobre protección del motor con uso de sobrecarga bimetálica con 20 % de exactitud.

Arranque estrella triángulo

Un arrancador estrella triángulo utiliza un motor especial que tiene los conductores de cada una de las series de devanados como terminales principales. Estos devanados pueden ser conectados en un modelo triángulo para un par de arranque al par nominal, o un modelo en estrella para par de arranque reducido. En el modelo triángulo, todos los devanados están conectados fase a fase en serie, justo como un motor estándar.

En la configuración Y, cada serie de devanados de fase se llevan juntos a un punto común. Esto incrementa la impedancia del motor en sí mismo, reduciendo la corriente y par a un 33 % de lo normal. Tres contactores y un reloj se usan para conmutar los seis terminales del motor en una configuración estrella triángulo en un proceso de arranque en dos pasos.

Durante la transición abierta desde estrella a triángulo el motor queda offline para evitar el cortocircuitado de los contactores. Este tiempo de transición puede causar una desaceleración significativa del motor en situaciones cuando el motor está profundamente cargado. Esto puede causar que el motor pare o cree un pico de corriente que dispare los interruptores del circuito o funda los fusibles cuando se reconecta a triángulo.

Debido a esto, están disponibles versiones de “transición cerrada” de los arrancadores estrella triángulo que ponen resistencias shunt en el circuito durante la transición para evitar este problema. Este esquema usa cuatro contactores en tres pasos y requiere grandes resistencias de arranque.

Las desventajas del arranque estrella – triángulo incluyen:

• Ajustabilidad limitada a las condiciones de carga.
• Choque mecánico al sistema entre pasos.
• Alto mantenimiento de contactores.
• Incapacidad para compensar fácilmente las variaciones del voltaje de entrada.
• Deceleración no controlada.
• Pobre protección del motor en el uso de sobrecargas bimetálicas con un 20 % de exactitud.

Arrancadores suaves

Los arrancadores de voltaje reducido de estado sólido o arrancadores suaves proporcionan una aceleración y deceleración uniforme en motores de inducción, síncronos y motores de rotor bobinado. Este método de control se obtiene mediante el uso de rectificadores controlados de silicio (SCRs) que incrementan o decrecen el voltaje del terminal del motor dentro de unos parámetros dados autoajustables. Los beneficios de los arrancadores suaves son numerosos.

Las ventajas más importantes son las siguientes:

1. Las altas corrientes pueden reducirse a menos de un 50 % de las vistas durante el arranque a voltaje nominal. La corriente puede mantenerse dentro de unos límites programables durante todo el arranque, eliminando así excesivas dips causadas por un arranque a voltaje nominal y el paso de transición al voltaje de línea que se produce con un autotransformador.
2. Las tensiones mecánicas se reducen en gran medida debido a la tremenda reducción del par aplicado. Además, un arranque suave puede replicar los requerimientos del par de arranque de la aplicación debido a lo uniforme de la rampa de corriente/par.
3. Están disponibles medidores para supervisar el estatus del arrancador.
4. Protección electrónica del motor de fallos a tierra, corriente instantánea, cortocircuitos en los devanados, pérdidas de fase, y otros eventos que pueden dañar el motor.
5. Comunicación para arranque y parada remota y/o información del estatus del arrancador.
6. Jog de mantenimiento para inspecciones.
7. Pueden añadirse relés para indicar el estado de corriente del arrancador.

Rectificador controlado de silicio (SCR)

Los SCRs son dispositivos compactos que controlan corriente y voltaje al motor. Cuando son apropiadamente aplicados y protegidos, tienen virtualmente una vida útil ilimitada.

El SCR consiste en tres elementos básicos: el ánodo, el cátodo y la puerta.

El SCR puede utilizarse solamente cuando el voltaje positivo se aplica al ánodo con respecto al cátodo, y una corriente gating (corriente de compuerta) es, o ha sido establecida desde la puerta al cátodo. En todos los demás momentos, el SCR bloquea el flujo de corriente.

Los SCRs se usan en operación paralela inversa, lo cual quiere decir que un SCR se usa por la mitad negativa de la onda sinusoidal, y un SCR se usa para la mitad positiva de la onda sinusoidal. En un sistema trifásico, se requieren seis SCRs.

El control de voltaje se alcanza por gating los SCRs en diferentes momentos en el ciclo de la onda sinusoidal. Gating más tarde en el ciclo produce un voltaje de salida inferior. Gating antes se incrementará el voltaje de salida.

Ver 7ª PARTE