Tipos de protección eléctrica de motores eléctricos asíncronos
Protección de motores eléctricos asíncronos
Los motores asíncronos de CA trifásicos con un voltaje de hasta 500 V a potencias de 0,05 a 350 — 400 kW son el tipo más común de motores eléctricos.
El funcionamiento fiable e ininterrumpido de los motores eléctricos está garantizado sobre todo por su correcta selección en cuanto a potencia nominal, modo de funcionamiento y forma de ejecución. No menos importante es el cumplimiento de los requisitos y reglas necesarios al componer un circuito eléctrico, elegir equipos de control, alambres y cables, instalación y operación del accionamiento eléctrico.
Modos de funcionamiento de emergencia de motores eléctricos.
Incluso para accionamientos eléctricos correctamente diseñados y operados, durante su operación siempre existe la posibilidad de que ocurran modos anormales o de emergencia del motor y otros equipos eléctricos.
Los modos de emergencia incluyen:
1) cortocircuitos multifásicos (trifásicos y bifásicos) y monofásicos en devanados de un motor eléctrico; cortocircuitos multifásicos en la caja de terminales del motor eléctrico y en el circuito de alimentación externo (en alambres y cables, en los contactos de dispositivos de conmutación, en cajas de resistencia); cortocircuitos de fase a la carcasa o cable neutro dentro del motor o en un circuito externo, en redes con un neutro puesto a tierra; cortocircuitos en el circuito de control; cortocircuitos entre vueltas del devanado del motor (circuitos de vuelta).
Los cortocircuitos son las condiciones de emergencia más peligrosas en las instalaciones eléctricas. En la mayoría de los casos, ocurren debido a daños en el aislamiento o superposición. Las corrientes de cortocircuito alcanzan en ocasiones valores decenas y centenas de veces superiores a los valores de las corrientes en modo normal, y su efecto térmico y las fuerzas dinámicas a las que están sometidas las partes activas pueden provocar el fallo del instalación eléctrica completa;
2) sobrecarga térmica del motor eléctrico debido al paso de corrientes elevadas a través de sus devanados: cuando el mecanismo de trabajo está sobrecargado por razones tecnológicas, condiciones de arranque especialmente severas, motor bajo carga o bloqueado, reducción prolongada de la tensión de red, pérdida de una de las fases del circuito de alimentación externa o rotura de hilos en el devanado del motor, daño mecánico en el motor o en el mecanismo de funcionamiento, y sobrecargas térmicas con deterioro de las condiciones de refrigeración del motor.
Las sobrecargas térmicas provocan principalmente un envejecimiento acelerado y la destrucción del aislamiento del motor, lo que provoca un cortocircuito, es decir, un accidente grave y una avería prematura del motor.
Tipos de protección para motores eléctricos asíncronos
Se proporcionan medidas de protección para proteger el motor contra daños en caso de violación de las condiciones normales de funcionamiento, así como la desconexión oportuna del motor defectuoso de la red, evitando o limitando así el desarrollo de un accidente.
El medio principal y más eficaz es la protección eléctrica de los motores, realizada de acuerdo con «Reglas para la construcción de instalaciones eléctricas» (PUE).
Dependiendo de la naturaleza de las posibles fallas y modos de operación anormales, existen varios tipos básicos más comunes de protección eléctrica de motores asíncronos.
Protección de motores asíncronos contra cortocircuito
La protección contra cortocircuitos apaga el motor cuando se producen corrientes de cortocircuito en su circuito de alimentación (principal) o en el circuito de control.
Los dispositivos que brindan protección contra cortocircuitos (fusibles, relés electromagnéticos, disyuntores con disparo electromagnético) actúan casi de inmediato, es decir, sin demora de tiempo.
Protección contra sobrecarga de motores asíncronos
La protección contra sobrecarga protege al motor de un sobrecalentamiento inaceptable, especialmente incluso con sobrecargas térmicas relativamente pequeñas pero de larga duración. La protección contra sobrecarga solo debe usarse para motores eléctricos de estos mecanismos operativos en los que es posible un aumento anormal de la carga en caso de perturbaciones en el proceso operativo.
Dispositivos de protección de sobrecarga (temperatura y relés térmicos, relés electromagnéticos, interruptores automáticos con disparo térmico o con mecanismo de reloj) cuando se produce una sobrecarga, apagan el motor con cierto retraso, cuanto mayor es la sobrecarga, y en algunos casos con sobrecargas importantes, e inmediatamente.
Protección de motores eléctricos asíncronos de escasez o desaparición de voltajes
La protección contra baja o baja tensión (protección cero) se realiza con la ayuda de uno o más dispositivos electromagnéticos, actúa al apagar el motor en caso de corte de energía o cuando la tensión de red cae por debajo del valor establecido y protege el motor del encendido espontáneo después de eliminar la interrupción de la fuente de alimentación o restablecer la tensión de red normal.
La protección especial de los motores eléctricos asíncronos contra el funcionamiento bifásico protege al motor del sobrecalentamiento, así como del "vuelco", es decir, la parada bajo corriente debido a una disminución del par desarrollado por el motor cuando una de las fases del principal se interrumpe el circuito. La protección funciona cuando se arranca el motor.
Los relés térmicos y electromagnéticos se utilizan como dispositivos de protección. En el segundo caso, la protección no podrá tener retardo en el tiempo.
Otros tipos de protección eléctrica de motores asíncronos
Existen otros tipos de protección menos comunes (contra sobretensiones, faltas a tierra monofásicas en redes con neutro aislado, aumento de la velocidad de giro del variador, etc.).
Dispositivos eléctricos utilizados para proteger motores eléctricos.
Los dispositivos de protección eléctrica pueden aplicar uno o más tipos de protección simultáneamente. Por ejemplo, algunos disyuntores brindan protección contra cortocircuitos y sobrecargas. Algunos de los dispositivos de seguridad, por ejemplo fusibles, son dispositivos de acción simple y requieren reemplazo o recarga después de cada actuación, otros, como los relés electromagnéticos y térmicos, son dispositivos de acción múltiple. Estos últimos se diferencian en la forma en que regresan al modo de espera para los dispositivos de autoajuste y reinicio manual.
Selección del tipo de protección eléctrica de motores eléctricos asíncronos
La elección de uno u otro tipo de protección o varias a la vez se realiza en cada caso concreto, teniendo en cuenta el grado de responsabilidad del variador, su potencia, condiciones de funcionamiento y procedimiento de mantenimiento (presencia o ausencia de personal de mantenimiento permanente) .
El análisis de datos sobre la tasa de accidentes de equipos eléctricos en el taller, en el sitio de construcción, en el taller, etc., revelando las violaciones más repetidas del funcionamiento normal de los motores y equipos tecnológicos, puede ser de gran beneficio. Siempre debe esforzarse por garantizar que la protección sea lo más simple y confiable posible en funcionamiento.
Cualquier motor, independientemente de su potencia y voltaje, debe estar protegido contra cortocircuitos. Las siguientes circunstancias deben ser consideradas aquí. Por un lado, la protección debe ser deshabilitada por las corrientes de arranque y frenado del motor, que pueden ser 5-10 veces superiores a su corriente nominal.Por otro lado, en una serie de casos de cortocircuito, por ejemplo en circuitos de devanados, cortocircuitos entre fases cerca del punto neutro del devanado del estator, cortocircuitos a la caja interior del motor, etc., la protección debe operar a corrientes de -bajas desde la corriente de arranque.
Es difícil cumplir con estos requisitos en conflicto simultáneamente con remedios simples y económicos. Por lo tanto, el sistema de protección de los motores asíncronos de baja tensión se basa en la suposición deliberada de que con algunas de las fallas mencionadas en el motor, este último no se desconecta de la protección inmediatamente, sino solo durante el desarrollo de estas fallas, después de la corriente consumida por el motor de la red ha aumentado significativamente.
Uno de los requisitos más importantes para los dispositivos de protección del motor: su acción clara en los modos de operación anormal y de emergencia del motor y, al mismo tiempo, la inadmisibilidad de las falsas alarmas. Por lo tanto, los dispositivos de protección deben seleccionarse adecuadamente y ajustarse cuidadosamente.