La protección contra sobrecargas es una característica esencial de los relés de protección de motores y bombas, ya que ayuda a proteger el motor o la bomba de daños debido a una corriente excesiva. Cuando un motor o una bomba extrae más corriente que su capacidad nominal, puede provocar un sobrecalentamiento y daños en los devanados del motor. La protección contra sobrecargas detecta y responde a esta condición interrumpiendo el suministro de energía al motor o la bomba.
Tipos de protección contra sobrecargas en relés de protección de motores/bombas
Existen dos tipos principales de protección contra sobrecargas en los relés de protección de motores/bombas:
- Protección térmica contra sobrecargas : Este tipo de protección se basa en una tira bimetálica o un elemento térmico que está en contacto con los devanados del motor o la bomba. A medida que la corriente fluye a través de los devanados, la temperatura de la tira bimetálica o el elemento térmico aumenta. Una vez que la temperatura alcanza un punto de ajuste, la tira o el elemento se doblarán o se moverán, activando un interruptor para abrir el circuito e interrumpir el suministro de energía al motor o la bomba. La protección térmica contra sobrecargas es simple y rentable, pero no es tan precisa como la protección electrónica contra sobrecargas.
- Protección electrónica contra sobrecargas : Este tipo de protección utiliza un dispositivo electrónico, como un sensor de corriente o un transformador de corriente, para medir la corriente extraída por el motor o la bomba. Si la corriente excede un límite establecido, el dispositivo enviará una señal a un módulo de control que interrumpirá el suministro de energía al motor o la bomba. La protección electrónica contra sobrecargas es más precisa y confiable que la protección térmica contra sobrecargas, pero puede ser más costosa.
Algunos relés de protección de motores y bombas utilizan una combinación de protección integral, incluidas las características IDMTL y las operaciones rápidas, para brindar protección opcional para el equipo. También tienen otras características de protección, como protección de voltaje, monofásico, inversión de fase, sobrecorriente, subcorriente (funcionamiento en seco), bloqueo de rotor, protección de desequilibrio de fase y protección contra fallas a tierra, entre otras, para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente del motor o la bomba.
Cómo proteger un motor de funcionar en sobrecarga
Para proteger un motor de funcionar en sobrecarga, es esencial implementar una estrategia de protección contra sobrecargas adecuada. Los siguientes pasos pueden ayudar a prevenir daños al motor:
- Instalar un relé de protección de motor : Los relés de protección de motor están diseñados para monitorear la corriente del motor y detectar condiciones de sobrecarga. Si se detecta una sobrecarga, el relé desconectará el motor del suministro de energía.
- Elegir el relé de protección de motor adecuado : La selección del relé de protección de motor adecuado es fundamental para garantizar que el motor esté protegido adecuadamente. El relé debe estar dimensionado para el motor específico y debe tener las características de protección adecuadas para la aplicación.
- Mantener el motor en buen estado de funcionamiento : El mantenimiento regular del motor puede ayudar a prevenir condiciones de sobrecarga. Esto incluye verificar las conexiones eléctricas, el aislamiento y el estado general del motor.
- Operar el motor dentro de sus límites operativos : Los motores tienen límites operativos específicos que deben respetarse para evitar sobrecargas. Asegúrese de que el motor no esté sobrecargado ni se ejecute en condiciones adversas.
¿Los motores deben tener protección contra sobrecargas?
Sí, los motores deben tener protección contra sobrecargas para evitar daños y garantizar un funcionamiento seguro. Las normas de seguridad eléctrica, como el Código Eléctrico Nacional (NEC) en los Estados Unidos, requieren protección contra sobrecargas para los motores. La protección contra sobrecargas es esencial para proteger el motor y los equipos relacionados de daños y prevenir posibles riesgos de seguridad.
Entendiendo los dispositivos de protección contra sobrecorriente del circuito de rama del motor
El objetivo principal de esta discusión es explicar cómo se determinan los dispositivos de protección contra sobrecorriente para los circuitos de rama de un solo motor. Se tomarán referencias del Código Eléctrico Nacional (NEC) de 2020. Estas referencias se aplicarán a aplicaciones generales de un solo motor para un motor de eficiencia energética NEMA Design B de servicio continuo, a menos que se indique lo contrario.
El Artículo 430 proporciona un diagrama de un solo trazo, Figura 430.1, que muestra las partes del circuito del motor y dónde encontrar la información sobre cada parte. Una comprensión básica de cómo está diseñado el circuito de rama del motor ayudará a comprender cómo se protege el circuito de rama del motor en todo el rango de sobrecorrientes, sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra. El diagrama que se muestra a continuación, Fig. 1, ayudará a identificar los componentes del circuito de rama del motor a medida que se discutan.
Fig. 1 El circuito del motor
El dispositivo de protección contra sobrecargas del motor, #5, protege el motor y los conductores del circuito de rama de sobrecargas excesivas durante el funcionamiento del motor y en caso de que el motor tenga problemas para arrancar, 430.3El dispositivo de protección contra cortocircuitos y fallas a tierra del circuito de rama del motor, #2, protege el motor de estas corrientes de falla.
Los dispositivos de protección contra sobrecargas del motor no responden inmediatamente a las condiciones de sobrecorriente de la operación típica del motor, las condiciones breves de sobrecarga o el arranque del motor cuando la corriente de irrupción puede ser de 6 a 8 veces la corriente de carga completa. El dispositivo de protección contra sobrecargas del motor protege el motor y los conductores del circuito de rama. Las sobrecargas suelen tener un tamaño del 115% o 125% de la clasificación de carga completa de la placa de identificación del motor y hasta el 130% o 140% con excepciones, 430.32(A)(1), 430.32(C), 430.6(A)(2). Los conductores del circuito de rama del motor deben tener una capacidad de amperaje no menor al 125 por ciento de la clasificación de corriente de carga completa del motor, según lo determinado por 430.6(A)(1) para un solo motor utilizado en una aplicación de servicio continuo 430.2La referencia 430.6(A)(1) establece que la capacidad de amperaje de los conductores del circuito de rama del motor se determina utilizando los valores que se dan en las tablas de corriente de carga completa del motor que se encuentran al final del Artículo 430. La referencia 430.6(A)(1) también establece que estas tablas, Tablas 430.247-250, se utilizan para determinar las clasificaciones de amperaje de los interruptores, la protección contra cortocircuitos y fallas a tierra del circuito de rama.
La tabla de corriente de carga completa del motor y la Tabla 430.52 se utilizan para determinar la clasificación máxima del dispositivo de protección contra cortocircuitos y fallas a tierra del circuito de rama. Cualquiera de los cuatro dispositivos de protección contra sobrecorriente se puede utilizar como dispositivo de protección contra cortocircuitos y fallas a tierra: fusibles sin retardo de tiempo, fusibles de doble elemento (retardo de tiempo), interruptores de disparo instantáneo o interruptores de tiempo inverso. Debe conocer el tipo de motor, la potencia y el voltaje de suministro para utilizar las tablas para encontrar el valor de corriente de carga completa para el motor.
La referencia 430.52(B) establece una regla adicional que se aplica al dispositivo de protección contra cortocircuitos y fallas a tierra del circuito de rama del motor, el dispositivo debe ser capaz de transportar la corriente de arranque del motor. La corriente de arranque para los motores de inducción de CA típicos puede ser de 6 a 8 veces la corriente de carga completa. La clasificación máxima del dispositivo de protección contra fallas a tierra de cortocircuito se determina utilizando la corriente de carga completa del motor multiplicada por el porcentaje que se muestra en función del dispositivo seleccionado, con varias excepciones, 430.52(C)(1) y 430.52(C)(3).
La primera excepción se aplica a los cuatro dispositivos de protección. Si los valores calculados utilizando el porcentaje máximo permitido no corresponden a un tamaño o clasificación estándar para fusibles e interruptores no ajustables, se puede utilizar el siguiente tamaño superior, 430.52(C)(1) Excepción No. Un interruptor de circuito de disparo instantáneo solo se puede utilizar si es ajustable y forma parte de un controlador de motor combinado listado, 430.52(C)(3).
La segunda excepción se refiere a si el dispositivo de protección seleccionado puede transportar o no la corriente de arranque del motor. Si la clasificación del dispositivo de protección no es suficiente para el arranque del motor, aplique la excepción correspondiente de 430.52(C)(1) Excepción No. 2 o 430.52(C)(3) Excepción No.
Tabla 430.52 Máximo Máximo con excepción
| Máximo | Máximo con excepción | |
|---|---|---|
| Fusible sin retardo de tiempo | 300% | 400% (no exceder) |
| Fusible de doble elemento (retardo de tiempo) | 175% | 225% (no exceder) |
| Interruptor de disparo instantáneo | 1100% | 1700% (no exceder) |
| Interruptor de tiempo inverso | 250% | 400% (no exceder) |
Nota: Los porcentajes que se muestran son para circuitos que utilizan motores de eficiencia energética de diseño B.
El fusible de retardo de tiempo y el interruptor de circuito de tiempo inverso son los dispositivos de protección contra fallas a tierra de cortocircuito del circuito de rama del motor más utilizados. Permiten que la corriente de arranque del motor tenga tiempo para ciclar desde el rotor bloqueado hasta la velocidad de funcionamiento sin volar o disparar. El fusible sin retardo de tiempo y el interruptor de disparo instantáneo responden instantáneamente a los cambios en la corriente, o con un retardo mínimo, y a menudo volarán o dispararán durante el arranque del motor debido a la alta corriente de irrupción. Los porcentajes variables que se enumeran en la Tabla 430.52 consideran estas características individuales.
El circuito de rama del motor está protegido del rango completo de corrientes utilizando dos dispositivos de protección contra sobrecorriente, el dispositivo de protección contra sobrecargas del motor y uno de los cuatro tipos de dispositivos de protección contra fallas a tierra de cortocircuito. Las reglas varían según el motor y los dispositivos seleccionados, pero son más fáciles de comprender y aplicar una vez que existe una comprensión de las corrientes asociadas con el motor de inducción de CA.
Tomado del NEC 2020, Anexo D, Ejemplo D8:
Determine los conductores del circuito del motor, la protección contra sobrecargas y la protección contra cortocircuitos y fallas a tierra para un motor de jaula de ardilla trifásico de 460 V, 25 hp, corriente de carga completa de la placa de identificación de 32 A, diseño B y factor de servicio de 1,1
Capacidad de amperaje del conductor
El valor de corriente de carga completa para determinar la capacidad de amperaje mínima requerida se obtiene de la Tabla 430.250, 430.6(A).
Para un motor de 25 hp, 34 A 1,25 = 43 A.
Protección contra sobrecargas del motor
Cuando esté protegido por un dispositivo de sobrecarga separado, el motor debe tener una protección contra sobrecargas clasificada en no más del 125% de la corriente de carga completa de la placa de identificación, FLA, 430.6(A) y 430.32(A)(1).
Para el motor de 25 hp, 32 A 1,25 = 40 A.
Cuando el dispositivo de sobrecarga separado es un relé de sobrecarga (no un fusible o un interruptor de circuito), y no es suficiente para arrancar el motor o transportar la carga, se permite aumentar el ajuste de disparo en un 140%, 32 A 1,4 = 44,8 A, 430.32(C).
Protección contra cortocircuitos y fallas a tierra del circuito de rama
La clasificación del dispositivo de protección contra sobrecorriente depende del tipo seleccionado de acuerdo con 430.52 y el valor de la Tabla 430.250.
¿Cuál es la norma IEC para la protección contra sobrecargas del motor?
Para cumplir con este requisito, la norma IEC 60947-4-1 define varias clases de relés de sobrecarga, cada una caracterizada por su curva de disparo (ver Figura N78). La clasificación del relé se debe elegir de acuerdo con la corriente nominal del motor y el tiempo de arranque calculado. La clase de disparo 10 está adaptada a motores de servicio normal.
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