Durante la operación de motores eléctricos asíncronos, como cualquier otro equipo eléctrico, pueden ocurrir fallas de funcionamiento, fallas que a menudo conducen a una operación de emergencia, daños al motor. su fracaso prematuro.
Antes de continuar con los métodos de protección de motores eléctricos, vale la pena considerar los principales y más causas comunes ocurrencia de operación de emergencia de motores eléctricos asíncronos:
- Cortocircuitos monofásicos e interfásicos: en el cable, caja de terminales del motor eléctrico, en el devanado del estator (a la carcasa, cortocircuitos entre vueltas).
Los cortocircuitos son el tipo de mal funcionamiento más peligroso en el motor eléctrico, porque se acompaña de la aparición de corrientes muy altas, lo que provoca el sobrecalentamiento y la quema de los devanados del estator.
Una causa común de sobrecarga térmica de un motor eléctrico, que conduce a un funcionamiento anormal, es la pérdida de una de las fases de suministro. Esto conduce a un aumento significativo de la corriente (el doble de la corriente nominal) en los devanados del estator de las otras dos fases.
El resultado de la sobrecarga térmica del motor eléctrico es el sobrecalentamiento y la destrucción del aislamiento de los devanados del estator, lo que provoca el cortocircuito de los devanados y la falla del motor eléctrico.
La protección de los motores eléctricos contra sobrecargas de corriente consiste en la desenergización oportuna del motor eléctrico cuando aparecen altas corrientes en su circuito de potencia o circuito de control, es decir, en caso de cortocircuitos.
Para proteger los motores eléctricos de cortocircuitos, se utilizan enlaces de fusibles, relés electromagnéticos, interruptores automáticos con liberación electromagnética, seleccionados de tal manera que soportan grandes sobrecorrientes de arranque, pero funcionan inmediatamente cuando ocurren corrientes de cortocircuito.
Para proteger los motores eléctricos de sobrecargas térmicas, se incluye un relé térmico en el circuito de conexión del motor eléctrico, que tiene contactos de circuito de control; a través de ellos, se aplica voltaje a la bobina de arranque magnético.
En caso de sobrecargas térmicas, estos contactos se abren, interrumpiendo el suministro de energía a la bobina, lo que conduce al regreso del grupo de contactos de potencia a su estado original: el motor eléctrico se desactiva.
Simple y de manera confiable La protección del motor eléctrico contra falla de fase será la adición de un arrancador magnético adicional al circuito para su conexión:
Al encender el interruptor automático 1, se cierra el circuito de alimentación de la bobina del arrancador magnético 2 (la tensión de funcionamiento de esta bobina debe ser de ~ 380 V) y cierra los contactos de alimentación 3 de este arrancador, a través del cual (solo se utiliza un contacto ) se suministra energía a la bobina del arrancador magnético 4.
Al encender el botón "Inicio" 6 a través del botón "Parar" 8, el circuito de alimentación de la bobina 4 del segundo arrancador magnético se cierra (su voltaje de funcionamiento puede ser de 380 o 220 V), sus contactos de alimentación 5 están cerrados y se aplica tensión al motor.
Cuando se suelta el botón "Inicio" 6, el voltaje de los contactos de potencia 3 pasará por el contacto de bloque normalmente abierto 7, asegurando la continuidad del circuito de alimentación de la bobina de arranque magnético.
Como se puede ver en este circuito de protección del motor, si por alguna razón falta una de las fases, no se le suministrará voltaje al motor, lo que evitará que se produzcan sobrecargas térmicas y fallas prematuras.
Arranque suave de motores eléctricos
La vida de un electricista. Protección de motores trifásicos.
Protección de sobrecarga del motor
Protección de motores eléctricos.
Tipos de daños y modos de funcionamiento anormales de ED.
Daños en motores eléctricos. En los devanados de los motores eléctricos pueden ocurrir fallas a tierra de una fase del estator, cortocircuitos entre espiras y cortocircuitos multifásicos. Las fallas a tierra y las fallas multifásicas también pueden ocurrir en terminales de motor, cables, acoplamientos y embudos. Los cortocircuitos en los motores eléctricos van acompañados del paso de altas corrientes que destruyen el aislamiento y el cobre de los devanados, el acero del rotor y del estator. Para proteger los motores eléctricos de los cortocircuitos multifásicos, se utiliza el corte de corriente o protección diferencial longitudinal, que actúa en la desconexión.
Las faltas a tierra monofásicas en los devanados estatóricos de motores eléctricos con una tensión de 3-10 kV son menos peligrosas que los cortocircuitos, ya que van acompañadas del paso de corrientes de 5-20 A, determinadas por la corriente capacitiva del red. Teniendo en cuenta el costo relativamente bajo de los motores eléctricos con una potencia inferior a 2000 kW, se les instala una protección contra falla a tierra con una corriente de falla a tierra de más de 10 A, y en los motores eléctricos con una potencia de más de 2000 kW - con un corriente de falla a tierra de más de 5 A, la protección actúa para apagar.
No se instala protección contra circuitos de devanado en motores eléctricos. La eliminación de este tipo de daños la llevan a cabo otros sistemas de protección de motores, ya que las fallas de la bobina en la mayoría de los casos van acompañadas de una falla a tierra o se convierten en un cortocircuito multifásico.
Los motores eléctricos con tensión hasta 600 V están protegidos contra cortocircuitos de todo tipo (incluidos los monofásicos) mediante fusibles o disparadores electromagnéticos de alta velocidad de interruptores automáticos.
Modos anormales de operación. El principal tipo de funcionamiento anómalo de los motores eléctricos es su sobrecarga con corrientes superiores a la nominal. Tiempo de sobrecarga admisible de motores eléctricos, Con, viene determinada por la siguiente expresión:
Arroz. 6.1. La dependencia de la corriente del motor eléctrico de la velocidad del rotor.
donde k - la multiplicidad de la corriente del motor eléctrico con relación a la nominal; A - coeficiente en función del tipo y versión del motor eléctrico: A == 250 - para motores eléctricos cerrados de gran masa y dimensiones, un = 150 - para motores eléctricos abiertos.
La sobrecarga de los motores eléctricos puede ocurrir debido a la sobrecarga del mecanismo (por ejemplo, bloqueo del molino o trituradora con carbón, obstrucción del ventilador con polvo o pedazos de escoria de la bomba de eliminación de cenizas, etc.) y su mal funcionamiento (por ejemplo, daños en los cojinetes, etc.). Las corrientes que superan significativamente las nominales pasan durante el arranque y el arranque automático de los motores eléctricos. Esto se debe a una disminución de la resistencia del motor eléctrico con una disminución de su velocidad. Dependencia de la corriente del motor I de la velocidad de rotación PAGS a un voltaje constante en sus terminales se muestra en la fig. 6.1. La corriente es máxima cuando se detiene el rotor del motor; esta corriente, llamada corriente de arranque, es varias veces mayor que la corriente nominal del motor eléctrico. La protección de sobrecarga puede actuar sobre una señal, descargar la máquina o cortar el motor. Después de que se apaga el cortocircuito, se restablece el voltaje en los terminales del motor eléctrico y la frecuencia de su rotación comienza a aumentar. En este caso, grandes corrientes pasan a través de los devanados del motor eléctrico, cuyos valores están determinados por la frecuencia de rotación del motor eléctrico y el voltaje en sus terminales. La reducción de la velocidad de rotación en solo un 10-25% conduce a una disminución de la resistencia del motor eléctrico a un valor mínimo correspondiente a la corriente de arranque. La restauración del funcionamiento normal del motor eléctrico después de que se apaga un cortocircuito se denomina arranque automático, y las corrientes que pasan en este caso se denominan corrientes de arranque automático.
Todos los motores asíncronos pueden arrancarse automáticamente sin peligro de daños y, por lo tanto, deben protegerse contra el arranque automático. El funcionamiento ininterrumpido de las centrales térmicas depende de la posibilidad y la duración del arranque automático de los motores eléctricos asíncronos de los mecanismos principales de sus propias necesidades. Si, debido a una gran caída de voltaje, es imposible garantizar el arranque automático de todos los motores eléctricos en funcionamiento, algunos de ellos deben apagarse. Para ello se utiliza una protección especial de subtensión, que apaga los motores eléctricos irresponsables cuando la tensión en sus terminales cae al 60-70% de la nominal. En caso de rotura de una de las fases del devanado del estator, el motor eléctrico sigue funcionando. En este caso, la velocidad del rotor disminuye un poco y los devanados de dos fases no dañadas se sobrecargan con una corriente 1.5-2 veces mayor que la nominal. La protección del motor contra el funcionamiento bifásico solo se utiliza en motores protegidos por fusibles, si el funcionamiento bifásico puede provocar daños en el motor.
En centrales térmicas potentes, los motores eléctricos asíncronos de dos velocidades con un voltaje de 6 kV se utilizan ampliamente como accionamiento para extractores de humo, ventiladores de tiro y bombas de circulación. Estos motores eléctricos están hechos con dos devanados estatóricos independientes, cada uno de los cuales está conectado a través de un interruptor separado, y ambos devanados estatóricos no pueden encenderse al mismo tiempo, para lo cual se proporciona un enclavamiento especial en los circuitos de control. El uso de dichos motores eléctricos le permite ahorrar electricidad al cambiar su velocidad según la carga de la unidad. En tales motores eléctricos, se instalan dos conjuntos de protección de relé.
En funcionamiento, también se utilizan circuitos de accionamiento eléctrico, que permiten la rotación de un mecanismo (por ejemplo, un molino de bolas) mediante dos motores eléctricos emparejados que están conectados a un interruptor. En este caso, todas las protecciones son comunes para ambos motores, a excepción de la protección de corriente homopolar, que se proporciona para cada motor eléctrico y se realiza mediante relés de corriente conectados al TI homopolar instalado en cada cable.
Protección de motores asíncronos contra cortocircuitos entre fases, sobrecargas y fallas a tierra.
Para la protección contra cortocircuitos multifásicos de motores eléctricos de hasta 5000 kW, se suele utilizar el corte de corriente máxima. El corte de corriente más simple se puede realizar con relés de acción directa integrados en el controlador del interruptor automático. Con un relé indirecto, se utiliza uno de los dos esquemas para conectar el TC y el relé, que se muestra en la fig. 6.2 y 6.3. El corte se realiza con relés de corriente independientes. El uso de relés de corriente con característica dependiente (Fig. 6 3) permite proporcionar protección contra cortocircuito y sobrecarga utilizando los mismos relés. Se selecciona la corriente de operación de corte - según la siguiente expresión:
donde k cx - coeficiente de circuito igual a 1 para el circuito de la fig. 6.3 y v3 para el circuito de la fig. 6.2; I start - la corriente de arranque del motor eléctrico.
Si la corriente de operación del relé está desafinada de la corriente de irrupción, el corte generalmente está desafinado de manera confiable y desde. corriente que el motor eléctrico envía a la sección durante un cortocircuito externo.
Conociendo la corriente nominal del motor I nom y multiplicidad de corriente de arranque k n especificado en los catálogos, puede calcular la corriente de arranque utilizando la siguiente expresión:
Arroz. 6.2 Esquema de protección de motores eléctricos por corte de corriente con un relé de corriente instantánea: a- circuitos de corriente, B- circuitos operativos de corriente continua
Como se puede ver en el oscilograma que se muestra en la Fig. 6.4, que muestra la corriente de arranque del motor de la bomba de alimentación, en el primer momento de arranque aparece un pico de corta duración de la corriente magnetizante, que supera la corriente de arranque del motor eléctrico. Para desviarse de este pico, la corriente de operación de corte se selecciona teniendo en cuenta el factor de confiabilidad: k norte =1,8 para relés tipo RT-40 operando a través de un relé intermedio; k n = 2 para relés tipo IT-82, IT-84 (RT-82, RT-84), así como para relés de acción directa.
Arroz. 6.3. Circuito de protección de motores eléctricos contra cortocircuitos y sobrecargas con dos relés tipo RT-84: a- circuitos de corriente, B- Circuitos operativos de corriente continua.
T
Arroz. 6 4. Oscilograma de la corriente de arranque del motor eléctrico.
el corte de corriente de los motores eléctricos con una potencia de hasta 2000 kW debe realizarse, por regla general, de acuerdo con el circuito de relé único más simple y económico (ver Fig. 6.2). Sin embargo, la desventaja de este circuito es la menor sensibilidad en comparación con el corte realizado según el circuito de la Fig. 6.3, a cortocircuitos bifásicos entre una de las fases en las que está instalado un TC y una fase sin TC. Esto se produce, ya que la corriente de actuación de corte realizada según un circuito de un solo relé, según (6.1), es v3 veces mayor que en un circuito de dos relés. Por lo tanto, en motores eléctricos con una potencia de 2000-5000 kW, el corte de corriente se realiza mediante dos relés para aumentar la sensibilidad. También se debe usar un circuito de corte de dos relés en motores eléctricos de hasta 2000 kW, si el coeficiente de sensibilidad de un circuito de un solo relé para un cortocircuito bifásico en las salidas del motor es inferior a dos.
En los motores eléctricos con una potencia igual o superior a 5000 kW, se instala protección diferencial longitudinal, que proporciona una mayor sensibilidad a los cortocircuitos en los terminales y en los devanados de los motores eléctricos. Esta protección se realiza en versión bifásica o trifásica con un relé tipo RNT-565 (similar a la protección de generadores). Se recomienda corriente de disparo para tomar 2 I nom.
Dado que la protección bifásica no responde ante dobles faltas a tierra, una de las cuales se produce en el devanado del motor en la fase V , en los que no existe TC, se instala adicionalmente una protección especial contra doble circuito sin retardo de tiempo.
PROTECCIÓN DE SOBRECARGA
La protección contra sobrecargas se instala solo en motores eléctricos sujetos a sobrecargas tecnológicas (ventiladores de molinos, extractores de humos, molinos, trituradoras, bombas de acarreo, etc.), generalmente con efecto en un mecanismo de señalización o descarga. Así, por ejemplo, en los motores eléctricos de los molinos de eje, la protección puede actuar para apagar el motor eléctrico del mecanismo de suministro de carbón, evitando así el bloqueo del molino con carbón.
La protección contra sobrecarga debe apagar el motor en el que está instalada solo si la causa de la sobrecarga no puede eliminarse sin detener el motor. El uso de protección de sobrecarga con acción de disparo también es útil en instalaciones no tripuladas.
Se supone que la corriente de disparo de la protección contra sobrecargas es:
donde k n = 1,1-1,2.
En este caso, el relé de protección de sobrecarga podrá operar desde la corriente de irrupción, por lo que se supone que el tiempo de retardo de protección es de 10 a 20 s de acuerdo con la condición de desafinación desde el tiempo de arranque del motor. La protección contra sobrecarga se realiza mediante un elemento inductivo del tipo relé IT-80 (RT-80) (ver Figura 6.3). Si el motor eléctrico debe apagarse durante las sobrecargas, se utilizan relés del tipo IT-82 (RT-82) en el circuito de protección. En los motores eléctricos, cuya protección de sobrecarga no debe actuar para disparar, se recomienda utilizar un relé con dos pares de contactos del tipo IT-84 (RT-84), que proporcionan un elemento de corte e inducción separados.
Para una serie de motores eléctricos (aspiradores de humo, ventiladores de tiro, molinos), cuyo tiempo de respuesta es de 30-35 s, el circuito de protección de sobrecarga con el relé RT-84 se complementa con el relé de tiempo EV-144, que entra en acción después de que se cierra el contacto del relé de corriente. En este caso, el tiempo de retardo de la protección se puede aumentar hasta 36 s. V Últimamente para la protección contra sobrecarga de motores eléctricos auxiliares, se utiliza un circuito de protección con un relé de corriente del tipo RT-40 y un relé de tiempo del tipo EV-144, y para motores eléctricos con un tiempo de arranque de más de 20 s - un tiempo relé del tipo VL-34 (con una escala de 1-100 s).
Protección contra subtensión.
Después de que se desconecta el cortocircuito, los motores eléctricos conectados a la sección o al sistema de barras, en los que se produjo la disminución de tensión durante el cortocircuito, se autoarrancan. Las corrientes de arranque automático, varias veces más altas que las nominales, pasan a través de las líneas de suministro (o transformadores) de sus propias necesidades. Como resultado, el voltaje en los buses auxiliares y, en consecuencia, en los motores eléctricos, disminuye tanto que el par en el eje del motor puede no ser suficiente para darle la vuelta. Es posible que no se produzca el arranque automático de los motores eléctricos si el voltaje de la barra colectora es inferior al 55-65% I nom. Para garantizar el arranque automático de los motores eléctricos más críticos, se instala una protección contra subtensión que apaga los motores eléctricos no esenciales, cuya ausencia no afectará el proceso de producción durante un tiempo. Esto reduce la corriente total de arranque automático y aumenta el voltaje en los buses auxiliares, lo que garantiza el arranque automático de los motores eléctricos críticos.
En algunos casos, durante una ausencia prolongada de tensión, la protección contra subtensión también desconecta motores eléctricos críticos. Esto es necesario, en particular, para iniciar el circuito AVR de motores eléctricos, así como de acuerdo con la tecnología de producción. Entonces, por ejemplo, en el caso de una parada de todos los extractores de humo, es necesario apagar el molino y soplar los ventiladores y los alimentadores de polvo; en caso de parada de soplantes - ventiladores de molino y alimentadores de polvo. El paro de motores eléctricos críticos por protección contra subtensión también se realiza en los casos en que su arranque automático es inaceptable por condiciones de seguridad o por el peligro de daño a los mecanismos accionados.
La protección de bajo voltaje más simple se puede realizar con un relé de voltaje conectado al voltaje de fase a fase. Sin embargo, esta implementación de protección no es confiable, ya que en caso de rupturas en los circuitos de voltaje, es posible un apagado falso de los motores eléctricos. Por lo tanto, un circuito de protección de un solo relé se usa solo cuando se usa un relé de acción directa.Para evitar una operación de protección falsa en caso de falla del circuito de voltaje, se usan circuitos especiales para encender un relé de voltaje. Uno de esos esquemas para cuatro motores eléctricos, desarrollado en Tyazhpromelectroproekt, se muestra en la Fig. 6.5. Relé de mínima tensión de accionamiento directo KVT1-KVT4 conectado a tensiones fase a fase abdominales y antes de Cristo. Para aumentar la confiabilidad de la protección, estos relés se alimentan por separado de los dispositivos y medidores que están conectados a los circuitos de voltaje a través de un interruptor automático trifásico. SF3 con disparo electromagnético instantáneo (se utilizan dos fases del interruptor automático).
Fase V los circuitos de voltaje no están conectados a tierra sordamente, sino a través de un fusible de ruptura fv, Elimina la posibilidad de cortocircuitos monofásicos en los circuitos de tensión y también aumenta la fiabilidad de la protección. En fase A disyuntor monofásico instalado de protección SFI con un disparo electromagnético instantáneo, y en fase CON - disyuntor con disparador térmico retardado. entre fases A y CON se incluye un condensador C con una capacidad de unos 30 uF, cuya finalidad se indica a continuación.
Arroz. 6 5. Circuito de protección de mínima tensión con relé de acción directa tipo RNV
En caso de daño en los circuitos de tensión, la protección en cuestión se comportará de la siguiente manera. El cortocircuito de una de las fases a tierra, como se indicó anteriormente, no provoca el disparo de los interruptores automáticos, ya que los circuitos de tensión no tienen tierra muerta. Con un cortocircuito bifásico de las fases. V y CON solo el disyuntor se apagará SF2 etapas CON. Relé de tensión KVT1 y KVT2 permanecer conectado a la tensión normal y por lo tanto no arrancar. Relé KVT3 y KVT4, desencadenado por un cortocircuito en los circuitos de voltaje, después de que se apaga el interruptor automático SF2 tire hacia arriba de nuevo, ya que serán energizados desde la fase A a través de un condensador CON. Con fases de cortocircuito AB o C.A. el disyuntor se apagará SF1, instalado en fase UNA. Después de desconectar el relé de cortocircuito KVT1 y KVT2 tire hacia arriba de nuevo bajo la acción del voltaje de la fase CON, que viene a través del condensador C. Relé KVT3 y KVT4 no arranca Los relés se comportarán de manera similar en caso de falla de fase. A y CON. Por lo tanto, el esquema de protección en consideración no funciona en falso con el daño más probable a los circuitos de voltaje. La operación falsa de la protección solo es posible en caso de daños poco probables en los circuitos de voltaje: un cortocircuito trifásico o cuando los interruptores automáticos están apagados SF1 y SF2. La señalización de fallo del circuito de tensión se realiza mediante contactos de relé. KV1.1, KV2.1, KV3.1 y contactos de disyuntores SF1.1, SF2.1, SF3.1.
En instalaciones con corriente continua de funcionamiento, la protección de mínima tensión se realiza para cada tramo de las barras auxiliares según el esquema que se muestra en la fig. 6.6. En el circuito del relé de tiempo CT1, actuando para apagar motores eléctricos no responsables, los contactos de tres relés de voltaje mínimo están conectados en serie KV1. Gracias a este encendido del relé, se evita el falso funcionamiento de la protección cuando se funde algún fusible en los circuitos del transformador de tensión. Tensión de actuación del relé KV1 alrededor del 70% aceptado tu nom.
Arroz. 6.6. Circuito de protección de subtensión a corriente continua de funcionamiento: a- circuitos de tensión alterna; B- circuitos operativos I- apagar motores irresponsables; Yo- para apagar los motores críticos.
El tiempo de retardo de protección para el apagado de motores eléctricos no responsables se ajusta a partir de los cortes de los motores eléctricos y se establece igual a 0,5-1,5 s. Se supone que el tiempo de retardo para apagar los motores eléctricos críticos es de 10-15 s, para que la protección no actúe para apagarlos durante caídas de tensión causadas por cortocircuitos y arranques automáticos de motores eléctricos. Como muestra la experiencia operativa, en algunos casos, el arranque automático de los motores eléctricos dura 20-25 s con una disminución del voltaje en los buses auxiliares al 60-70%. tu nombre . Al mismo tiempo, si no se toman medidas adicionales, la protección de mínima tensión (relé KV1), tener un ajuste de viaje (0.6-0.7) tu nombre , podría modificar y deshabilitar motores eléctricos críticos. Para evitar esto en el circuito de bobinado del relé de tiempo CT2, actuando sobre el paro de los motores eléctricos críticos, el contacto se enciende KV2.1 relé de cuarto voltaje KV2. Este relé de mínima tensión tiene un ajuste de disparo del orden de (0,4-0,5) tu nom y vuelve de forma fiable durante el arranque automático. Relé KV2 mantendrá su contacto cerrado durante mucho tiempo solo cuando el voltaje se elimine por completo de los buses auxiliares. En los casos en que la duración del arranque automático sea menor que el tiempo de retardo del relé CT2, relé KV2 no instalado.
Recientemente, las centrales eléctricas han utilizado un esquema de protección diferente, que se muestra en la Fig. 6.7. En este circuito se utilizan tres relés de arranque: relé de voltaje de secuencia negativa KV1 tipo RNF-1M y relé de mínima tensión KV2 y KV3 tipo RN-54/160.
Arroz. 6.7. Circuito de protección de mínima tensión con relé de tensión de secuencia positiva: a- circuitos de tensión; B- circuitos operativos
En modo normal, cuando las tensiones fase a fase son simétricas, el contacto NC KV1.1 en el circuito de devanado del relé de tiempo de protección CT1 y CT2 cerrado y cerrando KV1.2 en el circuito de alarma está abierto. Contactos de ruptura de relé KV2.1 y KV3.1 mientras está abierto. Cuando el voltaje cae en todas las fases, el contacto KV1.1 permanecerá cerrado y actuará a su vez: la primera etapa de protección de mínima tensión, que se realiza mediante un relé KV2(ajuste de funcionamiento 0,7 tu nombre) y CT1; el segundo - usando un relé KV3(ajuste de funcionamiento 0,5 tu nombre) y CT2. En caso de violación de una o dos fases de los circuitos de voltaje, el relé se activa KV1, cuyo contacto de cierre KV1.2 se da una señal sobre un mal funcionamiento de los circuitos de voltaje. Cuando se activa cada etapa de protección, se proporciona un plus a los neumáticos SHMN1 y SHMN2 respectivamente, de donde se trata de los circuitos de parada de los motores eléctricos. La acción de protección se señaliza mediante relés indicadores. KH1 y KH2, que tiene devanados paralelos.
Probablemente todos saben que varios dispositivos funcionan sobre la base de motores eléctricos. Pero solo una pequeña parte de los usuarios saben qué protección de los motores eléctricos se necesita. Resulta que pueden romperse como resultado de varias situaciones imprevistas.
Se utilizan dispositivos de protección de alta calidad para evitar problemas con altos costos de reparación, tiempos de inactividad desagradables y pérdidas adicionales de material. A continuación, entenderemos su dispositivo y capacidades.
¿Cómo se crea la protección del motor?
Consideraremos gradualmente los principales dispositivos de protección del motor y las características de su funcionamiento. Pero ahora hablemos de tres niveles de protección:
- Versión con protección externa para protección contra cortocircuitos. Suele referirse a diferentes tipos o se presenta en forma de relevo. Tienen un estatus oficial y deben instalarse de acuerdo con las normas de seguridad en el territorio de la Federación Rusa.
- La versión externa de la protección contra sobrecarga del motor ayuda a prevenir daños peligrosos o fallas críticas en el proceso.
- El tipo de protección incorporado ahorrará en caso de sobrecalentamiento notable. Y esto protegerá contra daños críticos o fallas durante la operación. En este caso, se requieren interruptores de tipo externo; a veces se usa un relé para restablecer.
¿Qué hace que un motor eléctrico falle?
Durante el funcionamiento, a veces aparecen situaciones imprevistas que detienen el funcionamiento del motor. Por este motivo, se recomienda proporcionar una protección fiable del motor por adelantado.
Puedes ver la foto de varios tipos de protección de motor para hacerte una idea de cómo queda.
Considere casos de falla de motores eléctricos en los que se pueden evitar daños graves con la ayuda de protección:
- Nivel insuficiente de suministro eléctrico;
- Alto nivel de suministro de voltaje;
- Cambio rápido en la frecuencia del suministro actual;
- Indebida instalación del motor eléctrico o almacenamiento de sus elementos principales;
- Aumento de temperatura y superación del valor permisible;
- Suministro de refrigeración insuficiente;
- Nivel de temperatura elevado ambiente;
- Presión barométrica reducida si el motor funciona a una altitud elevada según el nivel del mar;
- Aumento de la temperatura del fluido de trabajo;
- Viscosidad inaceptable del fluido de trabajo;
- El motor a menudo se apaga y se enciende;
- Bloqueo de rotores;
- Rotura de fase inesperada.
Para que la protección contra sobrecarga de los motores eléctricos haga frente a los problemas enumerados y pueda proteger los elementos principales del dispositivo, es necesario utilizar la opción basada en el apagado automático.
Para esto, a menudo se usa una versión fusible del fusible, ya que es simple y capaz de muchas funciones:
La versión con interruptor fusible está representada por un interruptor de emergencia y un fusible conectado sobre la base de una carcasa común. El interruptor le permite abrir o cerrar la red mediante un método mecánico, y el fusible crea una protección del motor de alta calidad basada en los efectos de la corriente eléctrica. Sin embargo, el interruptor se utiliza principalmente para el proceso servicio postventa cuando es necesario detener la transferencia de corriente.
Las versiones fusibles de los fusibles basados en acción rápida se consideran excelentes protectores contra cortocircuitos. Pero las sobrecargas breves pueden provocar la rotura de fusibles de este tipo. Por ello, se recomienda utilizarlos en base al efecto de un ligero transitorio de tensión.
Los fusibles basados en disparo retardado pueden proteger contra sobrecargas o varios cortocircuitos. Por lo general, pueden soportar un aumento de voltaje de 5 veces durante 10 a 15 segundos.
Importante: Las versiones automáticas de los interruptores automáticos difieren en el nivel de corriente para operar. Por ello, es mejor utilizar un disyuntor capaz de soportar la corriente máxima en caso de que aparezca un cortocircuito en base a este sistema.
Relé térmico
V varios dispositivos se utiliza un relé térmico para proteger el motor de sobrecargas bajo la influencia de la corriente o el sobrecalentamiento de los elementos de trabajo. Se crea utilizando placas de metal que tienen diferentes coeficientes de expansión bajo la influencia del calor. Por lo general, se ofrece junto con arrancadores magnéticos y protección automática.
Protección automática del motor
Los interruptores automáticos de protección de motores ayudan a proteger el devanado de la ocurrencia de un cortocircuito, protegen contra la carga o la rotura de alguna de las fases. Siempre se utilizan como primera línea de defensa en la red de suministro de energía del motor. Luego se usa un arrancador magnético, si es necesario, se complementa con un relé térmico.
¿Cuáles son los criterios para elegir una máquina adecuada?
- Es necesario tener en cuenta la magnitud de la corriente de funcionamiento del motor eléctrico;
- El número de devanados utilizados;
- La capacidad de la máquina para hacer frente a la corriente como resultado de un cortocircuito. Las versiones regulares operan hasta 6 kA y las mejores hasta 50 kA. Vale la pena considerar la velocidad de respuesta para los selectivos menos de 1 segundo, los normales menos de 0,1 segundos, los de alta velocidad alrededor de 0,005 segundos;
- Dimensiones, ya que la mayoría de las máquinas se pueden conectar con un bus basado en un tipo fijo;
- Tipo de liberación del circuito: generalmente se utiliza un método térmico o electromagnético.
Bloques de protección universales
Varias unidades universales de protección del motor ayudan a proteger el motor cortando el voltaje o bloqueando la capacidad de arranque.
Trabajan en tales casos:
- Problemas de tensión, caracterizados por sobretensiones en la red, roturas de fase, violación de rotación o pegado de fase, desequilibrio de tensión lineal o de fase;
- congestión mecánica;
- Falta de torque para el eje ED;
- peligroso características operativas aislamiento del cuerpo;
- Si ocurre una falla a tierra.
Aunque la protección contra mínima tensión puede organizarse de otras formas, hemos considerado las principales. Ahora tiene una idea de por qué es necesario proteger el motor eléctrico y cómo se hace esto usando varios métodos.
Foto de protección del motor
Un análisis de los modos de funcionamiento de un motor asíncrono muestra que, en condiciones de producción, puede haber una variedad de situaciones de emergencia que conllevan diferentes consecuencias para el motor. Los medios de protección no tienen la versatilidad suficiente para apagar el motor en todos los casos, independientemente de la causa y naturaleza del modo de emergencia, ante cualquier situación de peligro para el mismo. Cada modo de emergencia tiene sus propias características. Los dispositivos de protección utilizados actualmente tienen desventajas y ventajas, que se manifiestan en ciertas condiciones. También se debe tener en cuenta el aspecto económico del problema. La elección de los medios de protección debe basarse en un cálculo técnico y económico, en el que es necesario tener en cuenta el costo del dispositivo de protección en sí, los costos de su operación y la cantidad de daño causado por un accidente de motor. Debe tenerse en cuenta que la confiabilidad de la protección también depende de las características de la máquina de trabajo y su modo de operación. La protección térmica tiene la mayor versatilidad. Pero es más caro que otros medios de protección y tiene un diseño más complejo. Por lo tanto, su uso está justificado en los casos en que otros tipos de protección no pueden proporcionar un funcionamiento fiable o la instalación protegida impone mayores requisitos sobre la fiabilidad de la protección, por ejemplo, debido a daños importantes en caso de fallo del motor.
El tipo de dispositivo de protección debe elegirse al diseñar una unidad de proceso, teniendo en cuenta todas las características de su funcionamiento. El personal operativo debe recibir una completa equipo necesario. Sin embargo, en algunos casos, al reequipar o reconstruir una línea de producción
Corresponde al personal operativo decidir por sí mismos qué tipo de protección es apropiado en un caso particular. Para ello, es necesario analizar los posibles modos de emergencia de la instalación y seleccionar el dispositivo de protección requerido. En este folleto, no discutiremos en detalle la metodología para seleccionar la protección de sobrecarga del motor. Nos limitaremos sólo a algunas recomendaciones generales que pueden ser de utilidad para el personal operativo de las instalaciones eléctricas rurales.
En primer lugar, es necesario establecer los modos de emergencia característicos de una determinada instalación. Algunas de ellas son posibles en todas las instalaciones, y otras solo en algunas. Las sobrecargas por pérdida de fase son independientes de la máquina accionada y pueden ocurrir en todas las instalaciones. Los relés térmicos y la protección de temperatura incorporada realizan funciones de protección bastante satisfactorias en este tipo de modo de emergencia. Debe justificarse el uso de una protección especial contra pérdida de fase además de la protección contra sobrecarga. En la mayoría de los casos, no es necesario. Los relés térmicos y la protección de temperatura son suficientes. Es necesario verificar sistemáticamente su estado y ajustar. Sólo en los casos en que un fallo del motor pueda dar lugar a gran daño, puede utilizar una protección de sobrecarga especial cuando se pierde una fase.
Los relés térmicos no son lo suficientemente efectivos como medio de protección contra sobrecargas durante la alternancia (con grandes fluctuaciones en las cargas), con modos de funcionamiento intermitentes y de corta duración. En estos casos, la protección de temperatura incorporada es más efectiva. En el caso de máquinas con arranque pesado, también se debe preferir la protección de temperatura incorporada.
De la variedad disponible de medios de protección para un motor asíncrono, solo dos dispositivos han encontrado una amplia aplicación: relés térmicos y protección de temperatura incorporada. Estos dos dispositivos compiten en el diseño de accionamientos eléctricos de máquinas agrícolas. Para seleccionar el tipo de protección, se realiza un estudio de factibilidad utilizando el método de costo reducido. Sin detenernos en el cálculo exacto por este método, consideraremos la aplicación de sus principales disposiciones para seleccionar la opción de protección más ventajosa.
Se debe dar preferencia a la opción que tenga los costos más bajos para la compra, instalación y operación de los dispositivos en cuestión. En este caso, debe tenerse en cuenta el perjuicio que sufre la producción por la insuficiente fiabilidad de la acción de protección. Los costos dados a un año de uso están determinados por la fórmula
donde K es el costo del motor y del dispositivo de protección, incluido el costo de su transporte e instalación;
ke - coeficiente que tiene en cuenta las deducciones por depreciación, renovación de equipos, reparaciones;
E - costos de operación (costo de mantenimiento de equipos de protección, electricidad consumida, etc.);
Y - el daño que soporta la producción por falla o actuación incorrecta de la protección.
La cuantía del daño se compone de dos términos
donde Um es el daño tecnológico causado por una falla en el motor (el costo de los productos dañados o no entregados);
Kd: el costo de reemplazar un motor defectuoso y un dispositivo de protección, incluidos los costos de desmantelar el equipo viejo e instalar uno nuevo;
p0 es la probabilidad de falla (acción incorrecta) de la protección, lo que provocó una falla del motor.
Los costos operativos son mucho menores que los otros componentes de los costos reducidos, por lo que pueden despreciarse en cálculos posteriores. El costo de un motor con protección incorporada y equipo de protección incorporado es mayor que el costo de un motor convencional y un relé térmico. Pero la primera de las defensas consideradas es más perfecta. Funciona de manera efectiva en casi todas las situaciones de emergencia, por lo que el daño por su incorrecta acción será menor. El costo de una protección más costosa se justificará solo si el daño se reduce en una cantidad mayor que el costo adicional de una protección más avanzada.
La cantidad de daño tecnológico depende de la naturaleza. proceso tecnológico y el tiempo de inactividad del equipo. En algunos casos, puede ser ignorado. Esto se aplica principalmente a plantas que operan por separado, cuyo tiempo de inactividad durante la eliminación de un accidente no tiene un efecto perceptible en toda la producción. A medida que la producción se satura de mecanización y electrificación, aumenta el nivel de requisitos para la confiabilidad de la operación del equipo. El tiempo de inactividad debido a equipos eléctricos defectuosos provoca grandes daños y, en algunos casos, se vuelve inaceptable. Usando algunos datos promedio, es posible determinar el alcance de la aplicación económicamente justificada de dispositivos de protección más complejos.
El valor de la probabilidad de fallo de protección p0 depende del diseño y calidad de fabricación del equipo, así como de la naturaleza del modo de emergencia en el que se encuentre el motor. Como se muestra arriba, en algunas condiciones de emergencia, los relés térmicos no brindan un apagado confiable del motor. En este caso, la protección de temperatura incorporada es mejor. La experiencia del uso de esta protección muestra que el valor de la probabilidad de fallo de esta protección pb puede tomarse igual a 0,02. Esto significa que existe la posibilidad de que de 100 dispositivos de este tipo, dos no funcionen y provoquen una falla del motor.
Usando las fórmulas (40) y (41), determinamos a qué valor de la probabilidad de fallas de los relés térmicos ptr los costos reducidos serán los mismos. Esto permitirá evaluar el alcance de un dispositivo en particular. Despreciando los costos de operación, podemos escribir
donde los índices vz y tr respectivamente significan protección incorporada y relé térmico. De aquí obtenemos
Para representar el orden del nivel requerido de confiabilidad de la operación de un relé térmico, considere un ejemplo.
Determinemos el valor máximo permisible de ptr del relé térmico TRN-10 con elementos bimetálicos completo con el motor A02-42-4CX comparándolo con la aplicación del motor A02-42-4SHTZ con protección de temperatura incorporada UVTZ, para que tomamos pvz = 0.02. Se supone que el daño tecnológico es cero. El costo de un motor con relé térmico, incluido el costo de transporte e instalación, es de 116 rublos, y para la versión con protección UVTZ: 151 rublos. El costo de reemplazar un motor A02-42-4CX defectuoso y un relé térmico TRN-10, teniendo en cuenta los costos de desmantelar el equipo antiguo e instalar uno nuevo, es de 131 rublos, y para la versión con protección UVTZ: 170 rublos . De acuerdo con los estándares existentes, aceptamos ke = 0,32. Después de sustituir estos datos en la ecuación (43), obtenemos
Los valores obtenidos caracterizan las probabilidades de falla permisibles, por encima de las cuales el uso de relés térmicos no es económicamente rentable. Se obtienen cifras similares para otros motores de baja potencia. Para determinar la factibilidad de utilizar los medios de protección considerados, es necesario comparar las probabilidades de falla permisibles con las reales.
La falta de datos suficientes sobre los valores reales no nos permite determinar con precisión el área de aplicación efectiva de los considerados. dispositivos de protección mediante el uso directo del método indicado de cálculo técnico y económico. Sin embargo, utilizando los resultados del análisis de los modos de operación de un motor asíncrono y dispositivos de protección, así como algunos datos que caracterizan indirectamente los indicadores de la confiabilidad requerida, es posible delinear áreas de uso preferencial de uno u otro tipo de dispositivo de protección.
El nivel real de confiabilidad de la operación de protección depende no solo del principio de su operación y la calidad de la fabricación del equipo, sino también del nivel de operación del equipo eléctrico. Donde se establece el mantenimiento del equipo eléctrico, a pesar de algunas deficiencias de los relés térmicos, la tasa de accidentes de los motores eléctricos es baja. La práctica de las fincas avanzadas muestra que con un bien establecido mantenimiento instalaciones eléctricas, el porcentaje anual de falla de los motores eléctricos protegidos por relés térmicos puede reducirse al 5% o menos.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que tal conclusión es válida solo cuando se considera el panorama general. Al considerar ciertas condiciones específicas, se debe dar preferencia a otros dispositivos de protección. Con base en el análisis de los modos de operación del accionamiento eléctrico, es posible indicar una serie de instalaciones para las cuales la probabilidad de fallas de los relés térmicos será alta debido a deficiencias en el principio de su funcionamiento.
1. Accionamientos eléctricos de máquinas con una carga muy variable (picadoras de alimentos, trituradoras, transportadores neumáticos para cargar ensilado, etc.). Con grandes fluctuaciones de carga, los relés térmicos no pueden "simular" el estado térmico del motor, por lo que el nivel de fallas reales de los relés térmicos en dichas instalaciones será alto.
2. Motores eléctricos que funcionan según el esquema "triángulo". Su peculiaridad radica en el hecho de que cuando una de las fases de la línea de suministro se rompe, la corriente en los cables y fases lineales restantes aumenta de manera desigual. En la fase más cargada, la corriente crece más rápido que en los cables lineales.
3. Motores eléctricos de instalaciones que funcionan con una mayor frecuencia de situaciones de emergencia que provocan la parada del motor (por ejemplo, transportadores de estiércol).
4. Motores eléctricos de instalaciones cuyo tiempo de inactividad provoque un gran daño tecnológico.
Para evitar fallas inesperadas, reparaciones costosas y pérdidas posteriores debido al tiempo de inactividad del motor, es muy importante equipar el motor con un dispositivo de protección.
La protección del motor tiene tres niveles:
Protección contra cortocircuitos de instalación externa . Los dispositivos de protección externos suelen ser fusibles. diferentes tipos o un relé de protección contra cortocircuitos. Los dispositivos de protección de este tipo son obligatorios y homologados oficialmente, se instalan de acuerdo con las normas de seguridad.
Protección de sobrecarga externa , es decir. protección contra sobrecargas del motor de la bomba y, en consecuencia, la prevención de daños y mal funcionamiento del motor eléctrico. Esta es la protección actual.
Protección de motor integrada con protección contra sobrecalentamiento para evitar daños y mal funcionamiento del motor. El dispositivo de protección incorporado siempre requiere un interruptor externo, y algunos tipos de protección de motor incorporado incluso requieren un relé de sobrecarga.
Posibles condiciones de falla del motor
Durante la operación, puede haber varias fallas. Por lo tanto, es muy importante prever la posibilidad de falla y sus causas y proteger el motor lo mejor posible. La siguiente es una lista de condiciones de falla bajo las cuales se pueden evitar daños al motor:
Mala calidad de la fuente de alimentación:
Alto voltaje
bajo voltaje
Tensión/corriente desequilibrada (sobretensiones)
Cambio de frecuencia
Instalación incorrecta, violación de las condiciones de almacenamiento o mal funcionamiento del propio motor eléctrico.
Aumento gradual de la temperatura y su salida más allá del límite permisible:
Refrigeración insuficiente
Alta temperatura ambiente
Presión atmosférica reducida (trabajando a gran altura)
Alta temperatura del fluido
Viscosidad demasiado alta del fluido de trabajo.
Encendido/apagado frecuente del motor eléctrico
Momento de inercia de carga demasiado alto (diferente para cada bomba)
Aumento rápido de la temperatura:
Bloqueo de rotor
Fallo de fase
Para proteger la red de sobrecargas y cortocircuitos cuando ocurra cualquiera de las condiciones de falla anteriores, es necesario determinar qué dispositivo de protección de red se utilizará. Debería apagar automáticamente la alimentación de red. El fusible es el dispositivo más simple que realiza dos funciones. Como regla general, los fusibles se interconectan mediante un interruptor de emergencia, que puede desconectar el motor de la red eléctrica. En las siguientes páginas, veremos tres tipos de fusibles en términos de su principio de funcionamiento y aplicaciones: interruptor fusible, fusibles de acción rápida y fusibles de acción lenta.
Un interruptor fusible es un interruptor de emergencia y un fusible combinados en una sola carcasa. Se puede usar un disyuntor para abrir y cerrar el circuito manualmente, mientras que un fusible protege el motor de sobrecorriente. Los interruptores generalmente se usan en relación con el trabajo de servicio, cuando es necesario interrumpir el suministro de corriente.
El interruptor de emergencia tiene una carcasa separada. Esta cubierta protege al personal del contacto accidental con terminales electricos y también protege el interruptor de la oxidación. Algunos interruptores de emergencia están equipados con fusibles incorporados, otros interruptores de emergencia se suministran sin fusibles incorporados y están equipados solo con un interruptor.
El dispositivo de protección contra sobrecorriente (fusible) debe distinguir entre sobrecorriente y cortocircuito. Por ejemplo, las sobrecargas de corriente menores a corto plazo son bastante aceptables. Pero con un mayor aumento en la corriente, el dispositivo de protección debería operar de inmediato. Es muy importante prevenir inmediatamente los cortocircuitos. Un interruptor de fusible es un ejemplo de un dispositivo utilizado para la protección contra sobrecorriente. Los fusibles seleccionados correctamente en el disyuntor abren el circuito durante las sobrecargas de corriente.
Fusibles de acción rápida
Los fusibles de acción rápida brindan una excelente protección contra cortocircuitos. Sin embargo, las sobrecargas a corto plazo, como la corriente de arranque del motor, pueden romper este tipo de fusibles. Por lo tanto, los fusibles de acción rápida se utilizan mejor en redes que no están sujetas a corrientes transitorias significativas. Por lo general, estos fusibles transportarán alrededor del 500 % de su corriente nominal durante un cuarto de segundo. Después de este tiempo, el inserto del fusible se derrite y el circuito se abre. Por lo tanto, en los circuitos donde la corriente de irrupción a menudo supera el 500 % de la corriente nominal del fusible, no se recomiendan los fusibles de acción rápida.
Fusibles con soplado retardado
Este tipo de fusible proporciona protección contra sobrecargas y cortocircuitos. Por regla general, permiten un aumento de 5 veces en la corriente nominal durante 10 segundos, e incluso corrientes más altas durante un tiempo más corto. Esto suele ser suficiente para mantener el motor en marcha y el fusible no abierto. Por otro lado, si ocurren sobrecargas que duran más que el tiempo de fusión del elemento fusible, el circuito también se abrirá.
El tiempo de funcionamiento de un fusible es el tiempo que tarda el elemento fusible (alambre) en fundirse antes de que se abra el circuito. Para los fusibles, el tiempo de funcionamiento es inversamente proporcional al valor de la corriente; esto significa que cuanto mayor sea la sobrecarga de corriente, menor será el período de tiempo para interrumpir el circuito.
En general, podemos decir que los motores de las bombas tienen un tiempo de aceleración muy corto: menos de 1 segundo. Por lo tanto, para los motores, son adecuados los fusibles de acción retardada con una corriente nominal correspondiente a la corriente a plena carga del motor.
La ilustración de la derecha muestra el principio de formación de la característica de tiempo de funcionamiento del fusible. La abscisa muestra la relación entre la corriente real y la corriente a plena carga: si el motor consume corriente a plena carga o menos, el fusible no se abre. Pero a 10 veces la corriente a plena carga, el fusible se abrirá casi instantáneamente (0,01 s). El tiempo de respuesta se representa en el eje y.
Durante el arranque, una corriente suficientemente grande pasa a través del motor de inducción. En casos muy raros, esto conduce a un apagado por relés o fusibles. Para reducir la corriente de arranque, utilice varios métodos arrancar el motor eléctrico.
¿Qué es un disyuntor y cómo funciona?
El disyuntor es un dispositivo de protección contra sobrecorriente. Abre y cierra automáticamente el circuito a un valor de sobrecorriente predeterminado. Si el interruptor automático se usa dentro de su rango de operación, abrirlo y cerrarlo no le causa ningún daño. Inmediatamente después de que ocurra una sobrecarga, puede reanudar fácilmente la operación del interruptor automático; simplemente se restablece a su posición original.
Hay dos tipos de disyuntores: térmicos y magnéticos.
Disyuntores térmicos
Los interruptores automáticos térmicos son el tipo de dispositivo de protección más fiable y económico adecuado para motores eléctricos. Pueden manejar las grandes corrientes que ocurren al arrancar un motor y proteger el motor de fallas como un rotor bloqueado.
Disyuntores magnéticos
Los disyuntores magnéticos son precisos, fiables y económicos. El disyuntor magnético es resistente a los cambios de temperatura, es decir, los cambios en la temperatura ambiente no afectan su límite de disparo. En comparación con los interruptores automáticos térmicos, los interruptores automáticos magnéticos tienen tiempos de disparo definidos con mayor precisión. La tabla muestra las características de dos tipos de interruptores automáticos.
Rango de operación del disyuntor
Los interruptores automáticos difieren en el nivel de corriente de funcionamiento. Esto significa que siempre debe elegir un disyuntor que pueda soportar la corriente de cortocircuito más alta que puede ocurrir en un sistema determinado.
Funciones del relé de sobrecarga
Relé de sobrecarga:
Al arrancar el motor, pueden soportar sobrecargas temporales sin romper el circuito.
Abren el circuito del motor si la corriente excede el valor máximo permitido y existe una amenaza de daño al motor.
Se establecen en la posición de partida automáticamente oa mano después de la eliminación del transbordo.
IEC y NEMA estandarizan las clases de disparo del relé de sobrecarga.
Por regla general, los relés de sobrecarga responden a las condiciones de sobrecarga de acuerdo con sus características de disparo. Para cualquier estándar (NEMA o IEC), la división de productos en clases determina cuánto tiempo tarda el relé en abrirse cuando se sobrecarga. Las clases más comunes son: 10, 20 y 30. La designación numérica refleja el tiempo requerido para que funcione el relé. Un relé de sobrecarga de clase 10 se dispara en 10 segundos o menos al 600 % de la corriente de carga completa, un relé de clase 20 se dispara en 20 segundos o menos y un relé de clase 30 se dispara en 30 segundos o menos.
La pendiente de la característica de respuesta depende de la clase de protección del motor. Los motores IEC generalmente se adaptan a una aplicación particular. Esto significa que el relé de sobrecarga puede manejar el exceso de corriente muy cerca de la capacidad máxima del relé. La clase 10 es la clase más común para motores IEC. Los motores NEMA tienen un capacitor interno más grande, por lo que la clase 20 se usa más comúnmente.
El relé de clase 10 generalmente se usa para motores de bombas, ya que el tiempo de aceleración de los motores es de aproximadamente 0,1 a 1 segundo. Muchas cargas industriales de alta inercia requieren un relé de clase 20 para funcionar.
Los fusibles sirven para proteger la instalación de los daños que puede causar un cortocircuito. Por lo tanto, los fusibles deben tener capacidad suficiente. Las corrientes más bajas están aisladas con un relé de sobrecarga. Aquí, la corriente nominal del fusible no corresponde al rango de funcionamiento del motor, sino a una corriente que puede dañar los componentes más débiles de la instalación. Como se mencionó anteriormente, el fusible brinda protección contra cortocircuitos, pero no protección contra sobrecarga de corriente baja.
La figura muestra los parámetros más importantes que forman la base del funcionamiento coordinado de los fusibles en combinación con un relé de sobrecarga.
Es muy importante que el fusible se funda antes de que otras partes de la instalación sufran daños térmicos por un cortocircuito.
Relés de protección de motores externos modernos
Los sistemas avanzados de protección externa del motor también brindan protección contra sobrevoltaje, desequilibrio de fase, limitan el número de encendidos y apagados y eliminan las vibraciones. Además, permiten monitorear la temperatura del estator y los rodamientos a través de un sensor de temperatura (PT100), medir la resistencia de aislamiento y registrar la temperatura ambiente. Además, los sistemas avanzados de protección de motores externos pueden recibir y procesar la señal de la protección térmica incorporada. Más adelante en este capítulo, veremos el dispositivo de protección térmica.
Los relés de protección de motores externos están diseñados para proteger motores eléctricos trifásicos en caso de amenaza de daño al motor por un período de operación corto o más largo. Además de proteger el motor, el relé de protección externo tiene una serie de características que brindan protección al motor en diversas situaciones:
Da una señal antes de que ocurra un mal funcionamiento como resultado de todo el proceso.
Diagnostica los problemas que ocurren
Le permite comprobar el funcionamiento del relé durante el mantenimiento
Supervisa la temperatura y la vibración en los rodamientos
Puede conectar un relé de sobrecarga a sistema central administración de edificios para el monitoreo continuo y la resolución de problemas operativos. Si se instala un relé de protección externo en el relé de sobrecarga, se reduce el período de tiempo de inactividad forzado debido a la interrupción del proceso debido a una falla. Esto se logra detectando rápidamente una falla y evitando daños al motor.
Por ejemplo, un motor eléctrico se puede proteger de:
Sobrecarga
Cerraduras de rotor
Interferencia
reinicios frecuentes
fase abierta
pantalones cortos de tierra
Sobrecalentamiento (a través de la señal del motor a través del sensor PT100 o termistores)
pequeña corriente
Advertencia de sobrecarga
Ajuste del relé de sobrecarga externo
La corriente a plena carga a un cierto voltaje indicado en la placa de características es la guía para configurar el relé de sobrecarga. Ya que en redes diferentes paises diferentes voltajes, los motores de las bombas se pueden usar tanto a 50 Hz como a 60 Hz en un amplio rango de voltaje. Por este motivo, la placa de características del motor indica el rango de corriente. Si conocemos el voltaje, podemos calcular la capacidad de carga de corriente exacta.
Ejemplo de cálculo
Conociendo la tensión exacta de la instalación, es posible calcular la corriente a plena carga a 254/440 Y V, 60 Hz.
Los datos se muestran en la placa de identificación como se muestra en la ilustración.
Cálculos para 60 Hz
La ganancia de voltaje está determinada por las siguientes ecuaciones:
Cálculo de la corriente a plena carga real (I):
(Valores de corriente para conexión en triángulo y estrella a tensiones mínimas)
(Valores de corriente para conexión en triángulo y estrella a tensiones máximas)
Ahora, utilizando la primera fórmula, puede calcular la corriente a plena carga:
I por "triángulo":
I por "estrella":
Los valores para la corriente a plena carga corresponden a la corriente a plena carga admisible del motor a 254 Δ/440 Y V, 60 Hz.
Atención : el relé de sobrecarga del motor externo siempre se ajusta a la corriente nominal indicada en la placa de características.
Sin embargo, si los motores están diseñados con un factor de carga que luego se indica en la placa de características, por ejemplo, 1,15, el ajuste de corriente para el relé de sobrecarga se puede aumentar en un 15 % en comparación con la corriente a plena carga o los amperios del factor de servicio (SFA). ), que suele estar indicado en la placa de características.
¿Por qué necesita una protección de motor integrada si el motor ya está equipado con un relé de sobrecarga y fusibles? En algunos casos, el relé de sobrecarga no registra una sobrecarga del motor. Por ejemplo, en situaciones:
Cuando el motor está cerrado (no se enfría lo suficiente) y se calienta lentamente a temperaturas peligrosas.
En alta temperatura ambiente.
Cuando la protección externa del motor se establece en una corriente de disparo demasiado alta o no se establece correctamente.
Cuando el motor se reinicia varias veces en un corto período de tiempo y la corriente de arranque calienta el motor, lo que eventualmente puede dañarlo.
El nivel de protección que puede proporcionar la protección interna se especifica en IEC 60034-11.
Designación de PT
TP es una abreviatura de "protección térmica" - protección térmica. existe diferentes tipos protección térmica, que se indican con el código TP (TPxxx). El código incluye:
Tipo de sobrecarga térmica para la que se diseñó la protección térmica (1er dígito)
Número de niveles y tipo de acción (2º dígito)
En los motores de bomba, las designaciones de TP más comunes son:
TP 111: protección de sobrecarga gradual
TP 211: Protección contra sobrecarga tanto rápida como gradual.
Designacion | Carga técnica y sus variantes (1er dígito) | Número de niveles y área funcional (2º dígito) | |
TR 111 | Solo lento (sobrecarga constante) | 1 nivel cuando está apagado | |
TR 112 | |||
TR 121 | |||
TR 122 | |||
TR 211 | Lento y rápido (sobrecarga constante, bloqueo) | 1 nivel cuando está apagado | |
TR 212 | |||
TR 221 TR 222 | 2 niveles para alarma y apagado | ||
TR 311 TR 321 | Sólo rápido (bloque) | 1 nivel cuando está apagado | |
Imagen del nivel de temperatura permisible cuando se expone a alta temperatura en el motor eléctrico. La categoría 2 permite temperaturas más altas que la categoría 1.
Todos los motores monofásicos de Grundfos están equipados con protección de temperatura y corriente del motor de acuerdo con IEC 60034-11. El tipo de protección del motor TP 211 significa que responde tanto a aumentos de temperatura graduales como rápidos.
El restablecimiento de los datos en el dispositivo y el regreso a la posición inicial se realiza automáticamente. Los motores MG trifásicos de Grundfos a partir de 3,0 kW están equipados de serie con un sensor de temperatura PTC.
Estos motores han sido probados y aprobados como motores TP 211 y responden a aumentos de temperatura tanto lentos como rápidos. Otros motores utilizados para bombas Grundfos (MMG modelos D y E, Siemens, etc.) pueden clasificarse como TP 211, pero normalmente son TP 111.
Siempre se deben observar los datos de la placa de características. La información sobre el tipo de protección para un motor en particular se puede encontrar en la placa de características, marcado con la letra TP (protección térmica) según IEC 60034-11. Por regla general, la protección interna puede ser proporcionada por dos tipos de dispositivos de protección: Dispositivos de protección térmica o termistores.
Dispositivos de protección térmica integrados en la caja de bornes
Los dispositivos de protección térmica, o termostatos, usan un disyuntor bimetálico tipo disco de acción rápida para abrir y cerrar un circuito cuando se alcanza una determinada temperatura. Los dispositivos de protección térmica también se denominan "klixons" (después de la marca de Texas Instruments). Tan pronto como el disco bimetálico alcanza la temperatura establecida, abre o cierra un grupo de contactos en el circuito de control conectado. Los termostatos están equipados con contactos para operación normalmente abierta o normalmente cerrada, pero no se puede usar el mismo dispositivo para ambos modos. Los termostatos están precalibrados por el fabricante y no deben cambiarse. Los discos están sellados herméticamente y están ubicados en el bloque de terminales.
El termostato puede suministrar voltaje al circuito. alarma- si está normalmente abierto, o el termostato puede desenergizar el motor - si está normalmente cerrado y conectado en serie con el contactor. Dado que los termostatos están ubicados en la superficie exterior de los extremos del serpentín, responden a la temperatura del lugar. Para motores trifásicos, los termostatos se consideran protección inestable en condiciones de frenado u otras condiciones de cambio rápido de temperatura. En motores monofásicos, los termostatos se utilizan para proteger contra un rotor bloqueado.
Disyuntor térmico integrado en los devanados
Los dispositivos de protección térmica también se pueden incorporar en los devanados, consulte la ilustración.
Actúan como interruptor de red tanto para motores monofásicos como trifásicos. En motores monofásicos hasta 1,1 kW, se instala un dispositivo de protección térmica directamente en el circuito principal para que actúe como dispositivo de protección del devanado. Klixon y Thermik son ejemplos de disyuntores térmicos. Estos dispositivos también se denominan PTO (Protection Thermique a Ouverture).
Instalación interior
Los motores monofásicos utilizan un único disyuntor térmico. En motores eléctricos trifásicos: dos interruptores conectados en serie ubicados entre las fases del motor eléctrico. Así, las tres fases están en contacto con el interruptor térmico. Se pueden instalar disyuntores térmicos al final de los devanados; sin embargo, esto da como resultado un tiempo de respuesta más prolongado. Los interruptores deben estar conectados a un sistema de control externo. De esta forma, el motor está protegido de una sobrecarga gradual. Para los disyuntores térmicos, no se requiere un relé - amplificador.
Los interruptores térmicos NO PROTEGEN el motor si el rotor está bloqueado.
El principio de funcionamiento del interruptor térmico.
El gráfico de la derecha muestra la resistencia frente a la temperatura de un disyuntor térmico estándar. Cada fabricante tiene sus propias características. TN generalmente se encuentra en el rango de 150-160 °C.
Conexión
Conexión de un motor eléctrico trifásico con interruptor térmico incorporado y relé de sobrecarga.
Designación de TP en el gráfico
Protección IEC 60034-11:
TP 111 (sobrecarga gradual). Para brindar protección en caso de un rotor bloqueado, el motor debe estar equipado con un relé de sobrecarga.
El segundo tipo de protección interna son los termistores o sensores de coeficiente de temperatura positivo (PTC). Los termistores están integrados en los devanados del motor y lo protegen en caso de rotor bloqueado, sobrecarga prolongada y temperatura ambiente alta. La protección térmica se proporciona mediante el control de la temperatura de los devanados del motor mediante sensores PTC. Si la temperatura de los devanados supera la temperatura de desconexión, la resistencia del sensor cambia de acuerdo con el cambio de temperatura.
Como resultado de este cambio, los relés internos desenergizan el circuito de control del contactor externo. El motor eléctrico se enfría y se restablece la temperatura aceptable del devanado del motor eléctrico, la resistencia del sensor cae a su nivel original. En este punto, el módulo de control se restablecerá automáticamente a menos que haya sido configurado previamente para restablecerse y reiniciarse manualmente.
Si los termistores se instalan solos en los extremos de la bobina, la protección solo puede clasificarse como TP 111. La razón es que los termistores no tienen contacto completo con los extremos de la bobina y, por lo tanto, no pueden reaccionar tan rápido como si originalmente estaban integrados en el devanado.
El sistema de detección de temperatura del termistor consta de sensores de coeficiente de temperatura positivo (PTC) instalados en serie y un interruptor electrónico de estado sólido en una caja de control cerrada. El conjunto de sensores consta de tres, uno por fase. La resistencia en el sensor permanece relativamente baja y constante en un amplio rango de temperatura, con un fuerte aumento en la temperatura de respuesta. En tales casos, el sensor actúa como un disyuntor térmico de estado sólido y desactiva el relé de control. El relé abre el circuito de control de todo el mecanismo para desactivar el equipo protegido. Cuando la temperatura del devanado se restablece a un valor aceptable, la unidad de control se puede restablecer manualmente.
Todos los motores Grundfos a partir de 3 kW están equipados con termistores. El sistema de termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) se considera tolerante a fallas porque si el sensor falla o el cable del sensor se desconecta, se produce una resistencia infinita y el sistema funciona de la misma manera que cuando aumenta la temperatura: el relé de control se desconecta. -energizado.
El principio de funcionamiento del termistor.
Las dependencias críticas de resistencia/temperatura para los sensores de protección del motor se definen en DIN 44081/DIN 44082.
La curva DIN muestra la resistencia en los sensores de termistor en función de la temperatura.
En comparación con PTO, los termistores tienen las siguientes ventajas:
Respuesta más rápida debido al menor volumen y peso
Mejor contacto con el devanado del motor.
Los sensores están instalados en cada fase.
Proporciona protección en caso de un rotor bloqueado
Designación TP para motor con PTC
La protección del motor TP 211 solo se realiza cuando los termistores PTC están completamente instalados en los extremos de los devanados en la fábrica. La protección TP 111 sólo se realiza cuando autoinstalación en el lugar de la operación. El motor debe ser probado y aprobado para la marca TP 211. Si el motor de termistor PTC tiene protección TP 111, debe estar equipado con un relé de sobrecarga para evitar los efectos de atascos.
Compuesto
Las figuras de la derecha muestran los esquemas de conexión de un motor eléctrico trifásico equipado con termistores PTC con relés Siemens. Para implementar la protección contra sobrecarga tanto gradual como rápida, recomendamos las siguientes opciones de conexión para motores equipados con sensores PTC con protección TP 211 y TP 111.
Si un motor de termistor está marcado como TP 111, significa que el motor solo está protegido contra una sobrecarga gradual. Para proteger el motor de una sobrecarga rápida, el motor debe estar equipado con un relé de sobrecarga. El relé de sobrecarga debe conectarse en serie con el relé PTC.
La protección del motor TP 211 solo está garantizada si el termistor PTC está completamente integrado en los devanados. La protección del TP 111 se realiza solo con autoconexión.
Los termistores están diseñados según DIN 44082 y pueden soportar una carga de Umax 2,5 V CC. Todos los elementos de desconexión están diseñados para recibir señales de termistores DIN 44082, es decir, termistores Siemens.
Nota: Es muy importante que el dispositivo PTC integrado se conecte en serie con el relé de sobrecarga. El encendido repetido del relé de sobrecarga puede hacer que el devanado se queme en caso de que el motor se pare o arranque con alta inercia. Por lo tanto, es muy importante que los datos de temperatura y consumo de corriente del dispositivo PTC y el relé
