Protección Diferencial de Motor (ANSI 87M)

La protección diferencial de motor se identifica con el número ANSI 87M y consiste en medir el flujo de corriente del lado del alimentador y compararlo con el flujo de la corriente medida en el lado del neutro del motor.

De este modo, en condiciones de operación normal, no se detecta una diferencia de corriente entre el alimentador y el lado neutro del motor. Sin embargo, en condiciones de falla interna, la corriente de entrada será diferente que la corriente en el lado neutro, en este caso el relé 87M disparará el interruptor del alimentador para evitar daños.

El objetivo de la protección 87M es eliminar las fallas internas en el motor antes de que el hierro del estator se dañe significativamente.

IEEE Std. 242.
Motor de Media Tensión 01
Motor de Media Tensión. Fuente: TOSHIBA.

¿Cuándo Aplicar la Protección 87M?

Técnicamente, la protección diferencial de motor (ANSI 87M) se puede aplicar en cualquier tipo de motor de media tensión. Pero, lo más recomendable es aplicarla en motores grandes o críticos solo donde el daño en los devanados o en el hierro podría ser costoso o difícil de reemplazar.

Acorde con IEEE Std. 242 hay tres recomendaciones generales para aplicar la protección 87M:

  • Cuando los motores son mayores de 750kW y están conectados a sistemas aislados de tierra.
  • Cuando los motores son mayores de 750kW y están conectados a sistemas con puesta a tierra, en los que la protección de falla a tierra convencional no se considera suficiente para detectar fallas de fase-fase.
  • Cuando los motores son pequeños y operan a tensiones superiores a 2400V.
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Esquema de Protección Diferencial de Motor (ANSI 87M)

El esquema convencional de protección diferencial de motor (ANSI 87M) detecta fallas de fase de bajo nivel y elimina rápidamente el cortocircuito del motor antes de que se desarrollen daños extensos.

Este esquema utiliza seis Transformadores de Corriente (TC) idénticos, de modo de instalar tres TC en cada fase del lado del alimentador del motor, e instalar los otros tres TC en cada fase del lado del neutro del rotor.

Es decir, cada fase tendrá un par de TC: uno del lado del alimentador, y otro del lado de neutro, para que el relé 87M pueda comparar la corriente de entrada y la del lado del neutro de cada fase, como se muestra en la siguiente imagen.

Protección Diferencial de Motor (ANSI 87M)
Protección Diferencial de Motor (ANSI 87M) Convencional. Fuente: SIEMENS SIPROTEC 5 Catalog.

Así, cuando ocurra una falla en los devanados del motor, las corrientes secundarias del par de TC tienen diferentes magnitudes y polaridades, por lo que el relé 87M disparará el interruptor del motor.

Si bien, a veces se aplica a motores conectados en “Delta”, este esquema generalmente se usa con motores conectados en estrella, dado que son muchos más comunes en las instalaciones de media tensión.

Esquema Simplificado de Protección Diferencial de Motor con TC Toroidales

El esquema simplificado de protección diferencial de motor con TC toroidales consiste en instalar un TC por fase, de modo que, tanto el cable de la línea del motor como el cable de neutro de la misma fase pasen a través del TC para que el flujo de las dos corrientes se cancele entre sí en condiciones normales.

De esta forma, si ocurre una falla fase-fase o fase-tierra en el devanado del motor, da como resultado una corriente diferencial en los TC toroidales, provocando que el relé 87M dispare y despeje la falla oportunamente.

Protección Diferencial de Motor Simplificada (ANSI 87M)
Protección Diferencial de Motor Simplificada (ANSI 87M). Fuente: SIEMENS SIPROTEC 5 Catalog.

La ventaja de este esquema es que tiene mayor precisión para detectar fallas a tierra en comparación con la protección 87M convencional. Por lo que es recomendable para motores instalados en sistemas conectados a tierra, ya que la mayoría de las fallas comienzan como fallas a tierra.

Adicionalmente, se tiene la ventaja de que este esquema es selectivo para fallas dentro del motor. En este sentido, el cable que alimenta al motor debe ser protegido por la protección de sobrecorriente utilizando otro TC por fase dedicado a la protección 50/51 del cable.

Conclusión

La protección diferencial de motor (ANSI 87M) es una función muy potente que no siempre se debe utilizar en todos lo motores, debido a que encarece la inversión y podría complicar el conexionado de los TC por fase en ambos lados del motor. Sin embargo, si la aplicación del motor es crítica, como es el caso de las bombas del sistema contra incendio, o en el caso de plataformas petroleras, es imprescindible que se invierta el presupuesto suficiente para que el sistema de protecciones del motor sea lo más confiable y robusto posible, asegurando que el disparo no sea erróneo para fallas internas del motor.

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Fuentes

SIEMENS. SIPROTEC 5 Catalog.

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

SIPROTEC 5 – Protection relays for digital substation – Siemens Global Website

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