Relé de protección para motor de inducción de alta tensión
Más del 90% de los motores utilizados en la industria son motores de inducción, ya que son baratos, robustos y fáciles de mantener. Para motores de mayor potencia (>250HP) preferimos alta tensión, porque esto reducirá la corriente de operación y el tamaño del motor.
¿Por qué necesitamos proteger los motores?
Para entender esto, necesitamos conocer el costo asociado al fallo del motor, es decir:
Pérdida de producción (costo de producción)
Reemplazo del motor (costo de reemplazo)
Costo de reparación
Costo de horas hombre debido a esta emergencia
La función básica de un relé de protección es identificar el fallo e aislar la parte defectuosa de la parte sana del sistema. Esto mejorará la confiabilidad del sistema de energía.
Para la protección del motor, debemos identificar las diversas causas de fallo y abordarlas. Las diversas causas de fallo son las siguientes
Estrés térmico en el bobinado
Falta de fase
Falla a tierra
Cortocircuito
Rótor bloqueado
Número de arranques calientes
Fallo de rodamientos
A continuación se presentan descripciones breves de los diferentes fallos:
Estrés Térmico en el Bobinado –
Si un motor funciona continuamente por encima de su capacidad nominal, esto sobrecalentará el bobinado y el aislamiento. Posteriormente, deteriorará el aislamiento del bobinado, resultando en el fallo del motor. Si la tensión es menor que el valor diseñado, también sobrecalentará el bobinado a la carga nominal y puede ocurrir el fallo del motor.Falta de Fase –
La pérdida de una fase suministrada al motor (en caso de motor trifásico) conduce a la falta de fase. Si iniciamos el motor con carga, entonces el motor fallará debido al desequilibrio.Falla a Tierra –
Si alguna parte del bobinado entra en contacto con el suelo, podemos decir que el motor está a tierra. Si iniciamos el motor, esto llevará al fallo del motor.Cortocircuito –
Si hay contacto entre dos fases de un bobinado trifásico o entre las vueltas de una fase, esto se denominará cortocircuito.Rótor Bloqueado –
Si el equipo accionado está en condiciones atascadas o el eje del motor está atascado, esto se conoce como rótor bloqueado. Si iniciamos el motor, este fallará.Número de Arranques Calientes –
Cada motor está diseñado para soportar un cierto número de arranques calientes. Consideremos que un motor está en funcionamiento, si detenemos el motor y lo iniciamos inmediatamente, esto se llama un arranque caliente. Dependiendo de la curva térmica de un motor, debemos dar cierto tiempo para bajar la temperatura del bobinado.Fallo de Rodamientos –
Si los rodamientos fallan, ocurrirá el roce del rótor en el estator, resultando en daños físicos del aislamiento y del bobinado. El fallo de los rodamientos se puede evitar monitoreando la temperatura de los mismos. Se utiliza un detector de temperatura de rodamientos (BTD) para monitorear y desconectar el motor en caso de anomalía.
Todos los relés de protección de motor operan sobre la base de la corriente consumida por el motor. El relé de protección de motor se utiliza en áreas de alta tensión con las siguientes características
Protección contra sobrecarga térmica
Protección contra cortocircuitos
Protección contra falta de fase
Protección contra falla a tierra
Protección contra rótor bloqueado
Protección contra número de arranques
Para la configuración del relé, requerimos la relación de CT y la corriente de carga completa del motor. La configuración de los diferentes elementos se lista a continuación
Elemento de Sobrecarga Térmica –
Para configurar este elemento, debemos identificar el % de la corriente de carga completa en la que el motor está funcionando continuamente.
Elemento de Cortocircuito –
El rango disponible para este elemento es de 1 a 5 veces la corriente de arranque. También está disponible un retardo de tiempo. Normalmente lo configuramos en 2 veces la corriente de arranque con un retardo de tiempo de 0.1 segundo.Elemento de Falta de Fase –
Este elemento funcionará si hay un desequilibrio en la corriente de las tres fases. También se le llama protección contra desequilibrios. El elemento se configura para 1/3 de la corriente de arranque. Si se activa durante el arranque, el parámetro cambiará a 1/2 de la corriente de arranque.Protección contra Falla a Tierra –
Este elemento mide la corriente neutra de la CT secundaria conectada en estrella. El rango disponible para este elemento es de 0.02 a 2 veces la corriente primaria de la CT. También está disponible un retardo de tiempo. Normalmente lo configuramos en 0.1 veces la corriente primaria de la CT con un retardo de tiempo de 0.2 segundos. Si se activa durante el arranque del motor, el ajuste de tiempo se puede aumentar a 0.5 segundos.Protección contra Rótor Bloqueado –
El rango disponible para este elemento es de 1 a 5 veces la corriente de carga completa. También está disponible un retardo de tiempo. Normalmente lo configuramos en 2 veces la CCL (Corriente de Carga Completa). El retardo de tiempo será mayor que el tiempo de arranque del motor. “Tiempo de arranque significa el tiempo que requiere el motor para alcanzar su velocidad máxima.”Protección contra Número de Arranques Calientes –
Aquí proporcionaremos el número de arranques permitidos en un período de tiempo especificado. Con esto limitaremos el número de arranques calientes dados al motor.
El diagrama esquemático para conectar un relé de protección de motor es el siguiente
Los modernos relés de protección de motor digitales tienen algunas características adicionales, es decir, protección contra el funcionamiento sin carga del motor y protección térmica.
En caso de funcionamiento sin carga, el relé detecta la corriente del motor. Si es menor que el valor especificado, desconectará el motor. También podemos conectar el sonda de temperatura al relé, que monitoreará la temperatura de los rodamientos y del bobinado y desconectará el motor si excede el valor especificado de temperatura.
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