El interruptor automático de baja tensión, en los circuitos de alimentación de los motores asíncronos trifásicos, puede garantizar las funciones de:
- maniobra
- protección contra sobrecargas
- protección contra cortocircuitos.
Esquema de arranque directo de un motor asíncrono utilizando un interruptor automático con relé de sobreintensidad de microprocesador.
Evolución de los valores de cresta de la corriente durante la fase de arranque de un motor asíncrono trifásico Esta solución está especialmente indicada si la frecuencia de maniobras no es elevada, como se produce normalmente para grandes motores: en este caso, el uso único del interruptor de maniobra y la protección del motor representa una solución que se impone por competitividad económica, fiabilidad, facilidad de instalación y mantenimiento, y dimensiones reducidas. Los interruptores automáticos de la serie Emax selectivos (no limitadores) pueden realizar funciones de maniobra y de protección de los motores debido a sus elevados poderes de corte y amplias posibilidades de regulación ofrecidas por los relés de microprocesador.
La gama de potencia asignada de los motores para los cuales se indica el uso de los interruptores automáticos Emax va de 355 kW a 630 kW: para potencias hasta 355 kW se encuentran disponibles los interruptores automáticos en caja moldeada de la serie Isomax. Para potencias superiores a 630 kW normalmente, se utiliza la alimentación en media tensión.
En la maniobra de los motores asíncronos trifásicos, la operación de arranque se tiene que considerar con particular atención ya que, en dicha fase, la corriente presenta el desarrollo indicado en la figura, que se ha de tener en cuenta al seleccionar los dispositivos de protección.
Es indispensable evaluar los valores típicos de tiempo y de corriente indicados en la figura para seleccionar correctamente los dispositivos de maniobra y de protección del motor. Normalmente, el fabricante del motor suministra los datos.
- Generalmente son válidas las siguientes relaciones:
- Ia = 6 ÷ 10 Ie (Ia e Ie: valores eficaces)
- Ip = 8 ÷ 15 Ia (Ip e Ia: valores eficaces).
Comúnmente, la corriente Ip se evalúa mediante su valor de cresta (Ip = 1,4 ÷ 2,5 Ia): el valor eficaz correspondiente se obtiene dividiendo el resultado por 1,41.
La corriente asignada del interruptor automático tiene que ser, como mínimo, superior un 20 % con respecto a la del motor. La regulación de los relés de protección se ha de realizar de manera que:
- se eviten actuaciones intempestivas durante la fase de arranque del motor
- se asegure la protección de la instalación contra las sobreintensidades que se pueden producir en cualquier punto aguas abajo del interruptor automático (comprendidos los defectos internos del motor).
La protección de tiempo largo inverso y la protección instantánea contra cortocircuito se han de regular lo más cerca posible de la curva de arranque del motor, sin interferir en ella.
Nota
La norma IEC 60947-4-1 trata de los arrancadores de motor. Por lo que se refiere a la protección contra sobrecargas se han considerado las siguientes clases:
La tabla especifica que, cuando la corriente que circula por el dispositivo a proteger es 7,2 veces la corriente de regulación del relé (supuesta igual a la corriente asignada del motor), la protección debe intervenir en un tiempo t comprendido en los límites indicados en la clase. La subdivisión en clases del dispositivo de sobrecarga está relacionada con el tiempo de arranque del motor: por ejemplo, un motor con un tiempo de arranque de 5 segundos necesita una protección de clase 10. Dicha norma proporciona prescripciones especificas para la protección en caso de funcionamiento trifásico o en ausencia de una fase.
Atención
Las curvas del motor y de los relés no se pueden comparar directamente ya que ambas indican relaciones tiempo-corriente, pero con significados conceptualmente diferentes;- la curva de arranque del motor representa los valores asumidos por la corriente de arranque instante por instante;
- la curva del relé representa las corrientes y los correspondientes tiempos de actuación de las protecciones.
La curva de intervención por sobrecarga está correctamente regulada si se encuentra inmediatamente por encima del punto A (ver figura) que determina el vértice del rectángulo que tiene, como lados, respectivamente el tiempo de arranque “ta” y la corriente “Ia”, térmicamente equivalente a la corriente variable de arranque.
Funcionamiento trifásico
La protección contra sobrecargas tiene que garantizar la intervención en más de dos horas con una corriente igual a 1,05 veces la corriente asignada del motor y en menos de dos horas con una corriente igual a 1,2 veces la misma corriente asignada.
Funcionamiento con pérdida de una fase
En caso de falta de corriente en una fase cuando la corriente en los polos energizados alcanza 1,2 veces la corriente asignada, el disparo se tendrá que producir en menos de dos horas a 20 oC. Es posible obtener la actuación del interruptor utilizando el rele SACE PR113.
Selección de los interruptores automáticos que se han de utilizar para la protección de motores
En el catálogo de interruptores automáticos de bastidor abierto EMAX se presenta una tabla con las características del arranque de grandes motores, de 355 a 630 kW, con interruptores automáticos de la serie Emax, para maniobra y protección de motores en categoría AC-3 - 440 V - 50 Hz.
Mediante la tabla se pueden elegir los transformadores de corriente que garanticen un valor lo suficientemente alto para regular el umbral de actuación instantáneo (I): en ausencia de datos experimentales, se aconseja controlar que la relación entre el umbral de protección I (I3) y el umbral de protección L (I1) sea:
I3/I1 =12... 15.
Los relés de microprocesador PR112 y PR113 son conformes a la norma IEC 60947-4-1; en particular, garantizan la protección de motores de clase 10 A, 10, 20, 30 con regulación del tiempo de actuación de la función L a I=7,2 I1 comprendido entre 0,52 s y 25 s siendo I1 la corriente de regulación del umbral L. Los relés de protección PR112 y PR113 están compensados en temperatura y su funcionamiento no está afectado por la falta de una fase.
Utilización de la protección contra defectos a tierra G
La protección contra defectos a tierra (G) se aconseja para:
- mejorar la seguridad contra los riesgos de incendio
- mejorar la protección del motor y del personal en caso de defectos de la máquina
Utilización de la memoria térmica
En relación con el tipo de servicio se tiene que evaluar la oportunidad de activar la memoria térmica (posibilidad permitida por el relé PR112 y PR113); la activación de la memoria térmica (que convierte a la protección de microprocesador similar a la protección termomagnética), aumenta el nivel de protección del motor en caso de un nuevo arranque tras una actuación debida a sobrecarga.
Protección de mínima tensión
En los sistemas de mando de los motores asincrónicos se ha de prestar una particular atención a la protección por mínima tensión; ésta efectúa dos funciones importantes:
- impedir el arranque simultáneo de todos los motores al volver la tensión de alimentación, con el riesgo de dejar fuera de servicio toda la instalación por actuación de la protección de sobreintensidad del interruptor principal;
- impedir el arranque no deseado del motor que podría causar una situación de peligro para el personal encargado del mantenimiento o daños al ciclo de trabajo.