Factores que Influyen en la Selección del Sistema de Protección de Motores

¿Qué factores debemos tomar en cuenta antes de comenzar a diseñar el sistema de protección de los motores de nuestros proyectos?

Cada instalación de motores tiene exigencias particulares y diferentes dependiendo del tipo de aplicación, de la importancia del motor, de las características de la fuente del sistema de energía y de su método de conexión a tierra. Por lo que, no todos los motores tienen el mismo paquete de protecciones, así como tampoco tienen las mismas especificaciones técnicas en sus datos de placa.

Como Ingenieros de Planificación y Diseño debemos tener algún tipo de “Check List” o “Lista de Verificación” que nos sirva de herramienta para confirmar que estamos analizando correctamente todos los parámetros necesarios para crear un Sistema de Protecciones Efectivo en cada tipo de proyecto.

En este artículo enlistamos varios factores que se deben tomar en cuenta durante la planificación y diseño del sistema de protecciones de motores para cada proyecto particular. Esto es, con el objetivo de que sirva como herramienta de análisis para el primer paso del proceso de diseño.

Motor de Media Tensión 01
Motor de Media Tensión. Fuente: TOSHIBA.

1. Características del Motor

El sistema de protecciones a elegir depende directamente de las características constructivas del motor. Por lo tanto, se deben conocer los datos constructivos o especificaciones técnicas de los motores que se van a utilizar en cada proyecto, como los siguientes:

  • Tipo de Motor.
  • Velocidad.
  • Potencia Nominal.
  • Factor de Servicio.
  • Diseño NEMA.
  • Aplicación.
  • Factor de Potencia Nominal.
  • Tipo de Carcasa del Motor.
  • Tipos de Lubricación de Cojinetes.
  • Disposición de los Devanados.
  • Límites de Temperatura de los Devanados.
  • Capacidades Térmicas del Rotor y del Estator durante las condiciones de arranque, de funcionamiento, y de pérdida.

2. Condiciones de Arranque del Motor

Es imprescindible conocer la curva de arranque del motor para poder considerar un ajuste selectivo de las funciones de protección. Con esto, se pueden conocer las siguientes condiciones de arranque:

  • Voltaje total o Voltaje reducido.
  • Variador de Velocidad.
  • Caída de voltaje y grado de corriente de entrada durante el arranque.
  • Arranques repetitivos: frecuencia y número total de arranques.

3. Entorno y Condiciones Ambientales

Una de las principales causas de falla en los motores suele venir de las condiciones ambientales y del entorno de su instalación. Por esta razón, se deben tomar en cuenta los siguientes datos para poder hacer un análisis holístico de las posibles condiciones de falla del motor:

  • Temperaturas máximas y mínimas del entorno.
  • Altitud.
  • Fuentes de calor adyacentes a la instalación del motor.
  • Disposición de ventilación.
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4. Características de la Carga del Motor

Es necesario conocer las características de la carga que el motor va a impulsar, dado que el tipo de carga mecánica podría provocar que el rotor se bloquee o que no se alcance la velocidad normal, ocasionando que el motor se sobrecaliente excesivamente durante el arranque o durante la operación. De este modo, debemos proveer un sistema de protección que garantice que la corriente nunca exceda los límites de daño térmico del motor durante estas condiciones de operación anormales.

Motor de Media Tensión 03 Teleferico
Imagen Referencial de Carga de Motor: Cable Tren.

5. Calidad del Sistema de Energía

A demás de analizar las características constructivas y operativas del motor, se debe analizar la calidad de energía del alimentador del motor. Por ejemplo, si el alimentador no tiene filtro de armónicos, puede causar sobrecalentamiento del motor y afectar el rendimiento de los dispositivos de protección.

En este sentido, los datos de calidad del sistema de energía que deben chequearse son los siguientes:

  • Tipos de puesta a tierra del sistema.
  • Exposición a rayos.
  • Exposición a sobretensiones por conmutación de otras cargas.
  • Capacitores y sus controles para la corrección del factor de potencia.
  • Nivel de Cortocircuito.
  • Exposición a reconexión automática de líneas aguas arriba del motor.
  • Exposición a transferencia automática en las barras aguas arriba del motor.
  • Posibilidades de suministro monofásico (conductor roto, desconexión abierta).
  • Tipo de interruptor, seccionador, contactor o fusible aguas arriba del motor.
  • Características de las demás cargas de la instalación que puedan causar desequilibrio de voltaje en el punto de conexión del motor.
  • Existencia de filtro de armónicos y su ubicación en el diagrama unifilar.

6. Importancia del Motor

La importancia del motor es un indicador para la robustez o simplicidad de la lógica de disparo del sistema de protecciones. De hecho, es uno de los factores más determinantes respecto al presupuesto que se considera invertir en los dispositivos de protección de motores.

Por ejemplo, si el motor es importante para la continuidad operativa de una planta, o para la seguridad del proceso y de los operadores, entonces el sistema de protecciones debe incluir una alarma previa al disparo para dar tiempo a que los operadores puedan intervenir primero y reparar la condición anormal sin desconectar el motor ni detener el proceso de la planta. En caso de que los operadores no puedan revertir la condición anormal, entonces la protección disparará el interruptor del motor luego de un tiempo predefinido en la lógica de disparo.

Por lo tanto, para determinar la importancia del motor, debemos analizar los siguientes factores:

  • Costo del motor.
  • Costos en la planta por la parada forzosa de ese motor.
  • Cantidad de mantenimiento y supervisión operativa que se debe proporcionar a ese motor.
  • Facilidad y costo de la reparación del motor.
  • Facilidad y costo del reemplazo del motor.
Motor de Media Tensión 02
Imagen Referencial de Motor de Media Tensión. Fuente: TOSHIBA.

7. Fallas a Tierra

Es muy importante tomar en cuenta que las fallas a tierra en el motor usualmente comienzan con un nivel de corriente bajo, dañando inicialmente los devanados del motor. Pero, si la falla no se interrumpe a tiempo y se permite que continúe, podría causar daños más extensos. Por ejemplo, podría dañar gravemente el núcleo del motor, elevando el costo de reparación o reemplazo del motor.

8. Capacidad de Mantenimiento

Durante el diseño del sistema de protección de motores se deben tomar en cuenta los factores de capacidad y frecuencia de mantenimiento. Ya que, si se eligen dispositivos de protección que requieren mantenimiento frecuente, pero no se toman en cuenta en los cronogramas de los operadores, entonces el sistema de protección está propenso a tener errores de operación por falta de mantenimiento.

En este sentido, si la capacidad de mantenimiento es baja, se debe diseñar un sistema de protección adecuado para que no tenga disparos erróneos a lo largo del tiempo por falta de mantenimiento.

Motor de Media Tensión 04 Macoya. Factores Protección de Motores
Imagen Referencial: Motores en Aplicación Petrolera para Extracción y para Rebombeo.

Conclusión

Los motores son equipos complejos que requieren diferentes tipos de protección dependiendo de muchos factores internos y externos. Por lo tanto, no se puede aplicar el mismo paquete de protección a todos los motores de un proyecto, o de diferentes proyectos. Por el contrario, se deben realizar análisis detallados de varios parámetros, como los indicados en este artículo, para poder identificar los posibles tipos de fallas que pueden ocurrir en el motor y, de este modo, tener una visión más completa de las funciones de protección que se adaptan mejor a cada aplicación.

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Fuente

IEEE Std 242. Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems.

Motor Protection :: GE Grid Solutions

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