MOTORES ELECTRICOS: arranque directo
El arranque directo de un motor eléctrico se refiere a la forma más simple y directa de encender un motor eléctrico conectándolo directamente a la fuente de alimentación. En este tipo de arranque, no se utilizan dispositivos de control o arrancadores adicionales, como arrancadores suaves o estrella-triángulo.
Para realizar el diseño de un arranque directo de un motor eléctrico debemos dimensionar, dependiendo del motor, tensión y corriente nominal, el cable de alimentación, el contactor, el relé de sobrecarga y el interruptor termomagnético. La protección de un motor eléctrico de acuerdo con el Código Eléctrico Nacional (NEC) puede variar dependiendo de la aplicación y las condiciones específicas. Sin embargo, hay algunas pautas generales que se pueden seguir para proteger adecuadamente un motor eléctrico de acuerdo con el NEC. Aquí hay algunos puntos importantes a tener en cuenta:
Sobrecarga y cortocircuito: Se deben utilizar dispositivos de protección contra sobrecargas y cortocircuitos, como fusibles o interruptores automáticos, de acuerdo con las clasificaciones y recomendaciones del fabricante del motor. Estos dispositivos se instalan en el circuito de alimentación del motor y se calibran para proteger el motor de corrientes excesivas y cortocircuitos. Las Curvas de Disparo de la protección Termomagnética y de Sobrecargas deben estar a la derecha de la Curva de funcionamiento del motor, incluida la sobrecorriente generada durante el Tiempo de Arranque; si se solapan las, protecciones actuarán e impedirán el arranque del motor. Ver Curvas en el Diagrama TCC.
Tamaño del cableado: El NEC proporciona pautas para determinar el tamaño adecuado del cableado para el motor eléctrico, teniendo en cuenta la corriente nominal del motor y la longitud del cable. Es importante seguir estas pautas para garantizar una capacidad de corriente adecuada y evitar la sobrecarga del cableado. La curva de Daño del Cable debe quedar a la derecha de las protecciones de sobrecargas y de cortocircuito así como también la curva de régimen permanente. Ver Curvas en el Diagrama TCC.
Protección contra falla a tierra: Se recomienda utilizar dispositivos de protección contra falla a tierra, como interruptores de circuito de falla a tierra (GFCI) o interruptores de circuito de falla a tierra con protección de arco (AFCI), según sea apropiado y donde lo exija en NEC. Estos dispositivos ayudan a prevenir descargas eléctricas y proteger al motor en caso de fallas a tierra.
Protección contra condiciones ambientales: Si el motor se instala en un entorno húmedo, polvoriento o corrosivo, se deben tomar medidas adicionales para protegerlo. Esto puede incluir el uso de recintos o cubiertas protectoras, así como el sellado adecuado de las conexiones eléctricas.
Es importante tener en cuenta que el Código Eléctrico Nacional puede variar en diferentes países y jurisdicciones. Por lo tanto, es fundamental consultar el código eléctrico local y seguir las regulaciones y prácticas aceptadas en su área específica para garantizar la protección adecuada del motor eléctrico. También se recomienda trabajar con un electricista calificado para el diseño e instalación de los sistemas eléctricos.
Es importante tener en cuenta que el arranque directo es adecuado para motores de baja potencia y carga ligera. Para motores más grandes y aplicaciones que requieren un arranque más suave o controlado, se utilizan otros métodos de arranque, como arrancadores suaves, arrancadores estrella-triángulo o variadores de frecuencia. Estos dispositivos ayudan a reducir la corriente de arranque y proporcionan un control más preciso sobre el motor durante el arranque.
EJEMPLO PRÁCTICO:
En la figura tenemos un ejemplo práctico de un motor instalado en una industria.
Tomemos por ejemplo un Motor de Inducción de 50 HP, cuya corriente Nominal es de 54,51 A a 460 Volt, con un Factor de Potencia de 90.4, conectado a un Centro de Control de Motores identificado en el Diagrama Unifilar como CCM por medio de un cable tripolar de 600V, XLPE de Tc=90ºC, calibre # 4 AWG (similar a uno de 25 mm2) identificado como Cable-M1. En color rojo se muestra los resultados de un Estudio de Flujo de Cargas (KVA, Amp y Caída de Tensión)
Como Protección contra sobrecargas tiene un Relé tipo FG calibrado a 60 Amp y como protección de Sobrecorriente tiene un Interruptor Termomagnético de Schneider Electric con las características y ajustes mostrados en el gráfico siguiente.
Para ilustrar sobre las Curvas TCC los límites térmicos tanto de los Cables como las del Motor debemos tener los datos de los proveedores de equipos y materiales. En el ejemplo siguiente tomamos las curvas características de estos equipos de la Base de Datos que tiene el ETAP de los suplidores involucrados.
Curva TCC del circuito del motor M1
En el gráfico ejecutado en papel Bi-logarítmico tenemos, en la esquina inferior izquierda, el Diagrama Unifilar de la sección a la que le estamos analizando la Coordinación de Protecciones donde cada uno de los elementos tienen un Código Identificador (ID) que debe ser único en todo el proyecto para evitar errores y confusiones. En el eje vertical está el tiempo en segundos y en el horizontal los amperios con un Factor Multiplicador de 10 como lo indica en la línea del eje.
Las Curvas de color negro nos indican el funcionamiento tiempo-corriente del motor al ponerlo a funcionar con un 80%, 100% y 110% de la carga nominal aplicada; nótese que el Tiempo de Arranque del motor es el transcurrido entre el 0.00 y 0.5/2 seg (tramo horizontal de la curva de funcionamiento del motor). Estas líneas siempre deben estar a la izquierda de las curvas de activación de las Protecciones.
La líneas rojas y azules corresponde a la curva de Daño si hay condición de Rotor Bloqueado (Stall) con el motor en frío ó en caliente y la curva roja superior corresponde a la Curva de Daño (Stator-Hot) del motor en condiciones de sobrecarga. Estas líneas deben estar a la derecha de las de activación de las protecciones para que éstas se activen antes de que ocurra el daño y asegurarnos, de esta forma, que motor esté totalmente protegido.
La otras curvas corresponden al Cable-M1-P; la inferior en la curva de daño del cable en condición de sobrecorriente y la superior corresponde a la Ampacidad del Cable. Esta Ampacidad está condicionada a la temperatura ambiente, a la agrupación por la cercanía de otros circuitos, el sistema de canalización, la altitud… etc. Hay una Publicación Técnica en que se habló de ello con anterioridad.
La curva del Relé de Sobrecargas OL1 se mueve hacia la izquierda o hacia la derecha dependiendo del ajuste que le demos. La curva de Interruptor termomagnético también de mueve hacia la derecha y a la izquierda al ajustarle la corriente y también arriba o abajo si le ajustamos el tiempo.
Al hacer un Estudio de Coordinación de Protecciones debemos proporcionar al propietario dos datos de los ajustes de todas las protecciones. Debemos conocer cuales son los suplidores de las protecciones para poder hacer una coordinación real ya que las curvas TCC de los diferentes proveedores no son equivalentes.
CÓDIGO ELÉCTRICO NACIONAL y MOTORES:
El Código Eléctrico Nacional nos da una orientación sobre las medidas a tomar para la protección y control de un motor eléctrico que mostramos en la imagen adjunta. Cada caso en particular es diferente y se deben adoptar criterios de diseño según cada caso en particular. El Código Eléctrico Nacional (del país que sea) NO es un Manual de Diseño, sino que nos indica los valores mínimos a cumplir.
Diagrama Unifilar de Control y Protecciones (tomado del CEN)
La siguiente Tabla nos muestra la Corriente Nominal de los motores según su tipo y voltaje de operación que nos sirve de guía a la hora de dimensionar las protecciones y los demás elementos relacionados con la alimentación a un motor.
La siguiente Tabla tenemos un resumen de las características de los motores eléctricos tanto monofásicos como trifásicos que existen desde 1/6 de HP hasta 200 HP a diferentes niveles de tensión, las características de los conductores de Cobre, espesores de aislantes y también una sección de información de la Protección y calibre de los conductores según la Corriente Nominal del Motor. Esta práctica Tabla nos sirve para predimensionar un circuito ramal que alimenta a un motor.
Tabla de consumos y protección de motores eléctricos.
Es de hacer notar que para dimensionar correctamente y Coordinar las Protecciones y sus ajustes debemos elaborar los Diagramas TCC (tiempo-corriente) de los Circuitos Ramales que alimentan a cada motor con la finalidad de asegurar la correcta protección de los motores. Luego debemos plasmar en los mismos las protecciones que hay en serie desde cada carga hasta la fuente con el objetivo de asegurar la correcta Coordinación y Secuencia de Operaciones de todas las protecciones involucradas para que haya SELECTIVIDAD en todo el Sistema Eléctrico. Especial cuidad debemos tener en el Tramo de los Transformadores ya que éstos representan los elementos mas costosos y fundamentales de todo Sistema.
Bibliografía:
Pulsar en vínculos (textos azules) para ver o bajar información:
– TABLA DE CONSUMOS Y PROTECCIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS – Eduardo Theron
– TABLA DE CAPACIDAD DE CORRIENTE Y CANALIZACIONES DE CABLES DE COBRE – Eduardo Theron
– NOMOGRAMA PARA EL CÁLCULO DE LA CAÍDA DE TENSIÓN – Eduardo Theron – Ver video instructivo en Sección Artículos Técnicos.
– TABLA DE CONVERSIÓN AWG-mm2.
– SCHNEIDER – ARRANQUE Y PROTECCIONES DE MOTORES ELÉCTRICOS .
– ABB – MANUAL DE MOTORES DE BT
– SIEMENS – BASIC OF MOTOR CONTROL CENTERS
– CODIGO ELECTRICO NACIONAL – FONDONORMA200 – Venezuela
– NATIONAL ELECTRIC CONE – NFPA70 – NEC Americano
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