Solución Integrada Comprensiva de Relés de Protección Basados en Microprocesadores Inteligentes para Motores Industriales

1. Antecedentes do Proxecto e Desafíos Núcleo​

Nas producións industriais modernas, os motores actúan como equipos de potencia centrais, a fiabilidade operativa dos cales ten un impacto directo na continuidade, seguridade e eficiencia económica da liña de produción. No entanto, durante a súa operación, os motores enfrentan múltiples desafíos graves:

• ​Condicions Operativas Anormais: Problemas como o bloqueo durante a arranque ou operación, a perda de fase e o desequilibrio de corrente trifásica poden levar rapidamente ao dano do equipo se non se resolven de inmediato.
• ​Riscos de Sobrecalentamento: A sobrecarga, a refrigeración deficiente ou as altas temperaturas ambientais poden provocar o sobrecalentamento das bobinas, que é a causa principal do envellecemento do aislante e da quema do motor.
• ​Fallos de Protección: Os dispositivos de protección tradicionais (por exemplo, relés térmicos) teñen defectos inerentes, como unha baixa precisión de disparo (±15% de erro), funcionalidade limitada e falta de capacidades de aviso anticipado, facéndoos inadequados para a manutención intelixente e a produción de alta fiabilidade.

Para abordar estes desafíos, introducimos unha nova xeración de relés de protección baseados en microprocesadores que integran tecnoloxía de sensores avanzada, algoritmos de fusión multi-parámetro e plataformas IoT.

​II. Componentes Núcleo da Solución​

Esta solución centrase en relés de protección de alto rendemento baseados en microprocesadores, ofrecendo protección comprehensiva e predictiva a través da integración profunda de hardware e software.

1. ​Tecnoloxía de Protección de Fusión Multi-Parámetro​
   Máis aló da protección contra sobrecorrente tradicional, esta tecnoloxía emprega análise de datos multidimensionais para lograr un disparo e alarmas precisos.
• ​Protección Contra Sobrecorrente Inversa de Alta Precisión: Utiliza algoritmos de microprocesador para simular con precisión as características térmicas do motor, superando os valores de disparo inconsistentes dos relés térmicos tradicionais. Isto asegura curvas de protección precisas e evita disparos falsos ou fallos de operación.
• ​Protección contra Desequilibrio de Corrente Negativa: Monitoriza o equilibrio de corrente trifásica en tempo real. Cando o desequilibrio excede o limiar establecido (por exemplo, 15%), o sistema detecta automaticamente a perda de fase ou un desequilibrio grave e activa alarmas ou accións protectoras para evitar o sobrecalentamento do rotor e as fluctuacións de par.
• ​Análise Espectral de Vibración (Opcional)​: Sensores de vibración integrados analizan as características espectrais dos rodamientos e mecanismos de transmisión do motor, identificando eficazmente fallos mecánicos en fases iniciais como o desgaste de rodamientos, parafusos sueltos e desalineación. Esto permite protección combinada eléctrica e mecánica.

​Resultados da Aplicación: En unha gran planta petroquímica en China, esta solución reduciu os fallos de motor causados por problemas eléctricos e mecánicos en un 67% e os custos de manutención relacionados en un 42%.

1. ​Sistema de Previsión Intelixente de Elevación de Temperatura e Aviso Anticipado​
   Emprega modelos algorítmicos avanzados para prevenir proactivamente os riscos de sobrecalentamento, pasando de "remediación reactiva" a "prevenção proactiva."
• ​Principio de Funcionamento: O modelo térmico equivalente do motor integrado calcula dinamicamente a elevación de temperatura das bobinas e o uso da capacidade térmica en tempo real, incorporando a corrente de carga, os datos históricos de operación e as entradas de temperatura ambiente dos sensores.
• ​Aviso Anticipado: Se a tendencia de temperatura prevista das bobinas se aproxima ao límite da clasificación do aislante, o sistema emite un sinal de aviso anticipado 10 minutos antes, permitindo suficiente tempo para que os operadores intervengan, programen paradas ordenadas ou axusten as cargas.

​Resultados da Aplicación: Nuna gran planta siderúrgica, esta función previniu con éxito múltiples quemas de motores causadas por fallos no sistema de refrigeración e sobrecargas repentinas. A precisión da previsión de temperatura alcanzou o 91% na práctica.

1. ​Monitorización IoT Inalámbrica e Diagnóstico de Plataforma en Nube​
   Permite a manutención remota e a xestión digital, mellorando significativamente a eficiencia operativa.
• ​Transmisión de Datos Inalámbrica: O dispositivo de protección integra módulos de comunicación de rede de área amplia de baixo consumo (LPWAN) (por exemplo, LoRa) para transmitir de forma inalámbrica datos operativos completos do motor (corrente, voltaxe, temperatura, alarmas, estado) á plataforma en nube sen necesidade de cableado complexo.
• ​Diagnóstico e Manutención Remotos: Os enxeñeiros e xestores poden acceder á plataforma en nube a través de PC ou aplicacións móveis para monitorizar o estado de saúde de todos os motores en tempo real, recibir alertas e información de fallos, e realizar diagnósticos e análise remotos.
• ​Extracción de Valor de Datos: Os datos históricos acumulados na plataforma poden utilizarse para analizar as tendencias de degradación do rendemento do equipo, optimizar os ciclos de manutención e implementar manutención predictiva, proporcionando soporte impulsado por datos para as decisións de produción.

​Resultados da Aplicación: Nuna planta de cemento, o tempo medio de resposta aos fallos reduciuse de 2 horas a menos de 15 minutos despois de implementar o sistema de monitorización IoT. Os operadores podían acceder de inmediato á información de fallos e posibles causas, reducindo significativamente o tempo de resolución de problemas e cortando o tempo de inactividade non planificado en un 58%.

​III. Resumo das Ventajas da Solución​

• ​Mais Precisa: Os algoritmos de microprocesador substitúen as estruturas mecánicas, asegurando protección precisa sen disparos falsos ou fallos de operación.
• ​Mais Completa: Integra protección eléctrica, térmica e mecánica para cubrir un amplio rango de tipos de fallos.
• ​Mais Proactiva: As advertencias predictivas basadas en modelos previenen accidentes antes de que ocorran, en lugar de reaccionar despois dos feitos.
• ​Mais Intelixente: A arquitectura IoT permite a interconexión de dispositivos, soporta a monitorización remota e a análise de grandes datos, e serve como base para a fabricación intelixente e as fábricas digitais.