Principios de ajuste para la protección integral del motor eléctrico

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Este mensaje fue editado por última vez por jennifer12580 el 13-09-2016 a las 09:19.
**Principios de ajuste para la protección integral de los motores eléctricos**
1. **Protección por corriente diferencial de cortocircuito**: Se ajusta para evitar las corrientes desequilibradas que se generan cuando el motor se enciende sin carga, así como durante los cortocircuitos. Generalmente, se utiliza la fórmula: Idz = KIE/n. Donde: Idz: Corriente de activación de la protección por corriente diferencial; Ie: Corriente nominal del motor; K: Valor que suele estar entre 6 y 12.
2. **Protección por diferencia longitudinal**:
a) Ajuste de la corriente mínima de activación de la protección por diferencia longitudinal. La corriente mínima de activación debe ser mayor que la corriente desequilibrada que se genera durante el arranque del motor. La fórmula es: Idz.min = KKΔmIe/n. Donde: Ie: Corriente nominal del motor; n: Relación de transformación del transformador de corriente; KK: Coeficiente de fiabilidad, que suele estar entre 3 y 4; Δm: Error causado por la falta de coincidencia en la relación de transformación del transformador de corriente, generalmente valorado en 0.1. En cálculos prácticos, se puede utilizar Idz.min = (0.3–0.6)Ie/n. 2) El coeficiente de frenado relativo K se calcula teniendo en cuenta la condición de que la protección diferencial no funcione incorrectamente bajo la corriente de cortocircuito máxima externa. La fórmula para calcular el coeficiente de frenado máximo es: K = KKKfzq Ktx Kc. Donde: Ktx: coeficiente de tipo del transformador de corriente; Ktx = 0,5. KK: coeficiente de fiabilidad, que puede tomar valores entre 2 y 3. Kc: error relativo del transformador de corriente, que puede tomar valores de 0,1. Kfzq: coeficiente de las componentes no periódicas, que puede tomar valores entre 1,5 y 2,0. El valor calculado de Kmax es 0,3. Pero, teniendo en cuenta los efectos de la saturación del transformador de corriente y las distorsiones en sus características transitorias, en los cálculos prácticos se puede elegir un valor de K entre 0,5 y 1,0.

3) Protección contra sobrecorrientes en corrientes de fase
1) Valor alto de la corriente de activación de la protección contra sobrecorrientes: Isdg = Kk / Ist. Donde Ist es la corriente de arranque del motor (en amperios). Kk es el coeficiente de fiabilidad, y puede tomarse un valor de Kk = 1,3.
2) Valor bajo de la corriente de activación de la protección contra sobrecorrientes: Isdd puede tomar valores entre 0,7 y 0,8 veces Isdg; generalmente se toma un valor de 0,7 veces Isdg.
3) Tiempo de activación de la protección contra sobrecorrientes: tsd. Cuando el circuito del motor utiliza interruptores al vacío o interruptores con poco aceite como dispositivos de salida, se toma un valor de tsd = 0,06 segundos. Cuando el circuito del motor utiliza FC como dispositivo de salida, se debe aplicar un retraso adecuado para asegurar que el fusible se dispare antes que la protección contra sobrecorrientes. 4. El tiempo de arranque del motor, tqd, se determina según el tiempo real de arranque del motor, teniendo en cuenta un margen adicional. Se puede tomar tqd como 1,2 veces el tiempo real de arranque. 5. Protección contra corrientes en secuencia negativa
1) Corriente de disparo en secuencia negativa I2dz: Esta corriente se establece de tal manera que permita evitar las corrientes en secuencia negativa que son admisibles durante el funcionamiento normal. En general, para proteger contra situaciones de desequilibrio grave como la falta de fase o la inversión de fase, se puede tomar I2dz = (0,6–0,8)Ie. Para una protección más sensible contra el desequilibrio, se puede utilizar I2dz = (0,2–0,4)Ie.
2) Constante de tiempo de disparo en secuencia negativa T2: Cuando hay un cortocircuito entre dos fases en la busbar, existe una gran corriente en secuencia negativa en los circuitos de los motores. Por lo tanto, T2 debe establecerse en un valor mayor que el tiempo máximo necesario para interrumpir el cortocircuito entre dos fases. En el circuito FC, se debe evitar que el fusible se funda en caso de un cortocircuito asimétrico; es decir, la protección contra secuencia negativa no debe activarse antes de que el fusible se funda. 3) Se establecen dos tipos de protección por tiempo: la protección contra fallas de tipo monofásico en el exterior del circuito protegido, y la protección contra cortocircuitos. La corriente de activación del dispositivo de control y protección del motor se determina de tal manera que permita evitar las corrientes capacitivas que fluyen desde los componentes protegidos en caso de una falla de este tipo. La corriente Idz se calcula según la fórmula: Idz ≥ Kk · Icx, e Idz ≤ (Ic∑ – Icx) / 1.25. Donde: Icx es la corriente capacitiva que fluye desde los componentes protegidos en caso de una falla monofásica en el exterior del circuito; Ic∑ es la corriente total de capacitancia monofásica de la red eléctrica; Kk es un coeficiente de fiabilidad, cuyo valor puede ser entre 4 y 5. 7) Protección contra sobrecalentamiento: La protección contra sobrecalentamiento depende de dos valores constantes: la constante de tiempo de calentamiento Tfr y la constante de tiempo de enfriamiento Tsr. 1) Constante de tiempo de calentamiento Tfr: La constante de tiempo de calentamiento Tfr debe ser proporcionada por el fabricante del motor. Si el fabricante no proporciona este valor, se puede estimar utilizando uno de los métodos siguientes. A Se estima a partir de los datos de capacidad de sobrecarga del motor proporcionados por el fabricante. Si se permite que el motor funcione durante t segundos bajo una sobrecarga de X veces, entonces se tiene que Tfr = (X² – 1,052) × t. Si existen varios conjuntos de datos sobre la capacidad de sobrecarga, se toma el valor más bajo entre todos los valores de Tfr calculados. B: Si se conocen el aumento de temperatura del motor y la densidad de corriente, se puede calcular el valor de Tfr mediante la siguiente fórmula:
Tfr = (150×θe) × (θM / θe – 1) / (1.05×Je²)
Donde:
θe: Aumento de temperatura nominal de los devanados del estator del motor.
θM: Aumento de temperatura máximo permitido para el material aislante utilizado en el motor.
Je: Densidad de corriente nominal de los devanados del estator.
Por ejemplo: Si el motor utiliza un aislamiento de clase B, entonces su aumento de temperatura máximo θM = 80°C; el aumento de temperatura nominal de los devanados del estator θe = 45°C; y la densidad de corriente nominal Je = 3.5 A/mm². Entonces:
Tfr = { (150×45) / (1.05×3.5²) } × (80/45–1) = 408 segundos.

C: La constante de tiempo de calentamiento está determinada por el aumento de temperatura del estator cuando el motor se enciende.
Tfr = (θ×Ist²×tst) / θ1st
Donde:
θ: Aumento de temperatura estable cuando el motor funciona a carga nominal.
Ist: Multiplicador de la corriente de arranque del motor.
tst: Tiempo de arranque del motor.
θ1st: Aumento de temperatura de los devanados del estator durante el tiempo de arranque.

D: El valor de Tfr se puede estimar según las especificaciones de funcionamiento del motor. Por ejemplo: Si se establece que un motor solo puede arrancarse dos veces desde estado frío hasta alcanzar su velocidad máxima, y se conocen el multiplicador de corriente de arranque Ist y el tiempo de arranque tst, entonces:
Tfr ≤ 2(Ist²–1.05²)tst.

2) El tiempo de enfriamiento Tsr se determina según el tiempo necesario para que el motor vuelva a su estado normal después de sobrecalentarse. 8. Protección contra el arranque nuevamente cuando el motor está sobrecalentado. El valor de bloqueo por sobrecalentamiento θb se establece tomando como principio que el motor pueda arrancar de nuevo de manera normal; por lo general, se puede tomar θb = 0.5. 9. Protección contra arranques prolongados. La protección contra arranques prolongados depende de dos valores fijos: la corriente de arranque nominal del motor, Iqde, y el tiempo permitido para que el motor funcione en estado de atasco, tyd. 1) La corriente de arranque nominal del motor, Iqde, se toma como la corriente de arranque que el motor presenta cuando funciona bajo sus condiciones nominales (en amperios). 2) El tiempo permitido para que el motor funcione en estado de bloqueo, tyd, corresponde al tiempo máximo seguro de bloqueo del motor (S). 10. Protección contra sobrecorriente en fase positiva: La protección contra sobrecorriente en fase positiva depende de dos valores fijos: la corriente que activa esta protección, I1g1, y el tiempo necesario para que se active dicha protección, t1g1. 1) La corriente de operación en caso de sobrecorriente en secuencia normal, I1gl, puede tomarse como I1gl = (1.5~2.0)Ie.
2) El tiempo de operación en caso de sobrecorriente en secuencia normal, t1gl, puede tomarse como t1gl = (1.5~2.0)tyd.

**11. Protección contra bajas tensiones**
1) Se establece según las condiciones necesarias para desconectar los motores que no son esenciales.
- Para plantas de media temperatura y presión: Udz = 60~65% Ue.
- Para plantas de alta temperatura y presión: Udz = 65~70% Ue.
Para proteger a los motores importantes y permitir su arranque automático, se utiliza un tiempo mínimo de 0.5 segundos.
2) Se establece teniendo en cuenta la tensión mínima permitida en el bus de alimentación para garantizar el arranque automático del motor, además del coeficiente de fiabilidad y el coeficiente de retorno del relé de voltaje.
- Para plantas de media temperatura y presión: Udz = (60~65%)Ue/(KKKf). Generalmente se toma 40%Ue.
- Para plantas de alta temperatura y presión: Udz = (65~70%)Ue/(KKKf). Generalmente se toma 45%Ue.
Se establece según las condiciones técnicas y de seguridad, con un tiempo suficientemente largo; el motor se desconecta solo cuando la tensión disminuye o desaparece por un período prolongado. Generalmente se toma: t = 9 segundos.

**Principios de ajuste de la protección del transformador**
1) **Protección por corriente diferencial de cortocircuito**: Se ajusta teniendo en cuenta la corriente de inyección de excitación cuando el transformador se conecta sin carga y la corriente máxima de desequilibrio que puede entrar en el sistema debido a cortocircuitos externos. Generalmente se toma: Idz = KIe/n.
Donde:
- Idz: Corriente de operación de la protección por corriente diferencial.
- Ie: Corriente nominal del transformador.
- K: Coeficiente, que varía entre 6300KVA y menos: 7~12; 6300~31500KVA: 4.5~7.0; 40000~120000KVA: 3.0~6.0; 120000KVA: 2.0~5.0.

2) **Protección por diferencia longitudinal**:
1) Se ajusta la corriente mínima de operación de la protección por diferencia longitudinal. Esta corriente debe ser mayor que la corriente de desequilibrio cuando el transformador está bajo carga nominal.
Idz.min = KK(Kc+ΔU+Δm)Ie/n.
Donde:
- Ie: Corriente nominal del transformador.
- n: Relación de transformación del transformador de corriente.
- KK: Coeficiente de fiabilidad, que varía entre 1.3~1.5.
- Kc: Error de relación del transformador de corriente; para modelos 10P, se toma 0.03×2; para modelos 5P y TP, se toma 0.01×2.
- ΔU: Error causado por la regulación de voltaje del transformador; se toma el valor máximo de desviación respecto al valor nominal dentro del rango de regulación.
- Δm: Error causado por una relación de transformación incompleta del transformador de corriente; generalmente se toma 0.05.
En cálculos prácticos, se puede tomar Idz.min = (0.3~0.5)Ie/n. 2) Ajuste del coeficiente de frenado por relación K. La corriente de operación de la protección contra desfases debe ser mayor que la corriente de desequilibrio que fluye en el circuito diferencial en caso de cortocircuito externo. Ibph = (Kfzq · Ktx · Kc + ΔU + Δm) / IK.max. Donde: Ktx: Coeficiente de tipo del transformador de corriente; Ktx = 1.0. IK.max: Componente periódico de la corriente de cortocircuito máxima que puede circular en caso de cortocircuito externo. Kfzq: Coeficiente de las componentes no periódicas; se toma 1.0 cuando ambos transformadores son de tipo TP, y 1.5–2.0 cuando ambos son de tipo P. ΔU: Error causado por la regulación de voltaje del transformador; se toma el valor máximo de desviación con respecto al valor nominal dentro del rango de regulación.
Δm: Error que se produce debido a que la relación de transformación del transformador de corriente no es perfectamente precisa; generalmente se toma un valor de 0,05.
KK: Coeficiente de fiabilidad; se toma un valor entre 1,3 y 1,5.
Corriente de activación de la protección diferencial: Idz.max = KK · Ibph.max.
Coeficiente de frenado máximo: Kmax = Idz.max / Izd.max. Cuando Izd.max = IK.max, entonces Kmax = KK · Ibph.max / IK.max.
Donde: IK.max: Corriente de cortocircuito máxima. En los cálculos prácticos de configuración, se puede elegir un valor de K entre 0,3 y 1,0.
3) Configuración del coeficiente de frenado por armónicos secundarios: Generalmente se toma un valor entre el 15% y el 20%.
4) Configuración del ángulo de interrupción de la corriente: El ángulo de bloqueo puede tomarse entre 60° y 70°.
3) Protección diferencial de orden cero: Cuando se utiliza la protección diferencial basada en relaciones de corriente, funciona de la misma manera que la protección diferencial longitudinal. ΔU=0. Cuando se utiliza un ajuste sin protección diferencial de frenado por relación. 1) El valor de Idz.0 se determina en función de la corriente de desequilibrio que se genera cuando se evita un cortocircuito monofásico externo. La fórmula es: Idz.0 = KK(Kfzq · Ktx · Kc + Δm) · 3I0.max/n. Donde: Idz.0: Corriente de activación de la protección diferencial de orden cero. Ktx: Coeficiente de tipo del transformador de corriente; se toma 0.5 si los transformadores son del mismo tipo, y 1.0 si no lo son. KK: Coeficiente de fiabilidad; se toma entre 1.3 y 1.5. Kc: Error relativo del transformador de corriente; se toma 0.1. Kfzq: Coeficiente de las componentes no periódicas; se toma 1.0 si ambos transformadores son de tipo TP, y entre 1.5 y 2.0 si ambos son de tipo P. Δm: Error que se produce debido a que la relación de transformación del transformador de corriente no es perfecta. Por lo general, se toma un valor de 0.05.
3I0.max: Tres veces la corriente de cortocircuito monofásica o bifásica máxima en el exterior de la zona protegida.
2) El valor de Idz.0 se determina para evitar las corrientes desequilibradas en caso de cortocircuito trifásico en el exterior. La fórmula es: Idz.0 = KKKfzq × Ktx × Kc × IK.max/n.
Donde:
Ktx: Coeficiente de tipo del transformador de corriente; se toma 0.5 si los transformadores son del mismo tipo, y 1.0 si no lo son.
KK: Coeficiente de fiabilidad; se toma entre 1.3 y 1.5.
Kc: Error relativo del transformador de corriente; se toma 0.1.
Kfzq: Coeficiente de componentes no periódicos; se toma 1.0 si los transformadores son del mismo tipo, y entre 1.5 y 2.0 si ambos son transformadores de clase P. IK.max: Corriente de cortocircuito trifásico máxima externa. 3) Se establece el valor en función de la corriente de desequilibrio de orden cero que se genera para evitar las corrientes de inyección por excitación. Generalmente, se utiliza: Idz.0 = (0.3~0.4)Ie/n. Se verifica el coeficiente de sensibilidad teniendo en cuenta los cortocircuitos por contacto metálico dentro del área protegida por la protección diferencial de orden cero. 4) Cálculo del valor de la protección contra cortocircuitos rápidos: 1) Se establece el valor en función de la corriente de cortocircuito trifásico en el lado de baja tensión del transformador. Idz.gl ≥ (KkKjx/Kf) × Kzq × (Ie/n). Kk: Coeficiente de fiabilidad; se toma un valor entre 1.2 y 1.3 ； Kf: Coeficiente de retorno, que debe estar entre 0.8 y 0.95 ； Kzq: Coeficiente de arranque automático de la carga, valor entre 1,2 y 1,5 ； Kjx: Coeficiente de conexión.
n: Variación del transformador de corriente.
2) Se calcula tomando en cuenta la suma de las corrientes de arranque máximas que requieren los motores que deben arrancar por sí mismos en las ramas del circuito. Es decir, Idz.gl = (KkKjx/Kf)×Kzqd×(Ie/n).
Kk: Coeficiente de fiabilidad.
Kzq: Multiplicador de la corriente excesiva que se genera cuando todos los motores que necesitan arrancar por sí mismos lo hacen al mismo tiempo. Este valor puede calcularse aproximadamente utilizando la fórmula anterior. 3) Verificación según la sensibilidad: Klm = I(2)d.min/Idz.gl(n). I(2)d.min: Corriente de cortocircuito entre dos fases mínima en caso de fallo en el lado de baja tensión del transformador ； Klm: Sensibilidad en caso de fallo en el lado de baja tensión del transformador. Generalmente, se establece el tiempo de respuesta de la protección contra sobrecorriente con tiempo preestablecido: tfz: Tiempo de respuesta del disyuntor de baja tensión ； tdz = tfz.max + △t. El tiempo de respuesta debe ser menor que el tiempo de respuesta de la protección contra sobrecorriente del nivel anterior, por una diferencia de tiempo determinada (se toma △t = 0,5 s). Por lo general, el tiempo que tarda un disyuntor de baja tensión en activarse ante una falla es de alrededor de 0,1 s; por eso, el tiempo de respuesta ante un exceso de corriente debe ser superior a 0,5–0,8 s. △t: Diferencia de tiempo; se toma △t = 0,5 s. 5. Cálculo de la configuración de la protección contra corrientes de orden cero en el lado de baja tensión: 1) Se determina la corriente máxima de desequilibrio que puede fluir por el conductor neutro en el lado de baja tensión durante el funcionamiento normal del transformador, es decir, Idz = Kk(0,25Ie). Kk: Coeficiente de fiabilidad; se toma como 1,2 ； Ie: Corriente nominal del transformador.
2) Debe coordinarse con la corriente de disparo de la protección de los componentes adyacentes.
a) Cuando el transformador de baja tensión no tiene ramificaciones, se coordina con la protección de los motores de baja tensión: Idz = Kk × Kph × Kqd × Ie.
- Kk: Coeficiente de fiabilidad, valorado en 1,2.
- Kph: Coeficiente de coordinación, valorado en 1,1.
- Kqd: Coeficiente de arranque automático (multiplicador de la corriente de arranque del motor), valorado en 5.
- Ie: Corriente nominal máxima del motor.
b) Cuando el transformador de baja tensión tiene ramificaciones, se coordina con la protección contra corrientes de orden cero en esas ramificaciones: Idz = Kph × Kqd.fz.
- Kph: Coeficiente de coordinación, valorado en 1,1.
- Kqd.fz: Corriente de disparo de la protección contra corrientes de orden cero en las ramificaciones.
c) Verificación de sensibilidad: Klm = I(1)d.min / Idz.
- I(1)d.min: Valor de la corriente que fluye a través del transformador en caso de cortocircuito monofásico en el lado de baja tensión, bajo las condiciones mínimas de operación.
Requisito: Klm debe estar entre 1,5 y 2.
d) Ajuste del tiempo de disparo de la protección contra corrientes de orden cero en el lado de baja tensión: Se ajusta de acuerdo con la protección contra cortocircuitos rápidos en ese lado: Tgldz = t0,4/sddz + △T.
6) Protección contra sobrecarga en el lado de alta tensión IG: La corriente de disparo de esta protección se ajusta para evitar que se supere la corriente nominal: Idz = Kk/KF × (Ie/n).
- I2: Corriente de orden negativo del transformador de baja tensión.
- Kk: Coeficiente de fiabilidad, valorado en 1,05.
- KF: Coeficiente de retorno, valorado en 0,85.
- Ie/n: Corriente nominal en el lado donde está instalada la protección.
7) Protección contra corrientes de orden negativo:
1) Corriente de disparo de tipo orden negativo I2dz: Se ajusta para evitar que se supere la corriente de orden negativo permitida durante el funcionamiento normal (por ejemplo, cuando la tensión en las barras es asimétrica, puede generarse corriente de orden negativo). En general, cuando se trata de desequilibrios graves como la pérdida de fase o el desequilibrio inverso, se puede utilizar I2dz = (0.8~1.0) Ie como valor para la protección contra tales desequilibrios. En cambio, cuando se trata de protección contra corrientes de orden negativo, se puede utilizar I2dz = (0.2~0.4) Ie. 2) La constante de tiempo T2 para la respuesta ante cortocircuitos en dos fases en la barra de conexión: dado que en los circuitos de los motores existe una gran corriente de orden negativo durante un cortocircuito en dos fases, T2 debe ajustarse de modo que sea mayor que el tiempo máximo necesario para interrumpir dicho cortocircuito. En el circuito FC, se debe evitar que el fusible se funda en caso de un cortocircuito asimétrico; es decir, la protección contra secuencia negativa no debe activarse antes de que el fusible se funda. **Principios de ajuste para la protección integral de las ramificaciones de la planta**
1. **Protección contra cortocircuitos con tiempo de respuesta definido**
1) El valor de corriente que activa la protección, Idz, se determina de manera que se evite la corriente de cortocircuito máxima en los extremos de los componentes adyacentes, o bien, se ajusta de acuerdo con el valor de corriente que activa la protección contra cortocircuitos en esos mismos componentes. Se toma el valor más alto entre los dos. La fórmula es:
Idz = Kk × Kjx × Id.max(3) / n
Donde:
Kk: Coeficiente de fiabilidad; puede tomarse entre 1.2 y 1.5.
Id.max(3): Corriente de cortocircuito en estado estacionario en los extremos de los componentes adyacentes bajo las condiciones normales de operación.
Kjx: Coeficiente de conexión; se toma 1 cuando se conecta a la corriente de fase, y √3 cuando se conecta a la diferencia de corrientes de fase.
n: Relación de transformación del transformador de corriente.
2) El tiempo de respuesta de la protección contra cortocircuitos, tsd, debe ser mayor que el tiempo de respuesta de la protección contra cortocircuitos en los componentes adyacentes. Generalmente, se toma un valor entre 0.5 y 0.7 segundos.
3) Verificación del coeficiente de sensibilidad: Cuando ocurre un cortocircuito en el extremo de la línea, Km = Id.min(2) / Idz.

2. **Protección contra sobrecorrientes**
1) El valor de corriente que activa la protección, Idz, se determina de manera que se evite la suma de las corrientes de arranque máximas de los motores que necesitan arrancar automáticamente en el transformador de la planta o en las ramificaciones. La fórmula es:
Idz = KK × Kzq × Ie
Donde:
KK: Coeficiente de fiabilidad; se toma 1.2.
Ie: Corriente nominal del transformador de la planta o de las ramificaciones.
Kzq: Multiplicador de la sobrecorriente causada por todos los motores que necesitan arrancar automáticamente.
Ud%: Valor porcentual de la impedancia del transformador.
Sd∑: Capacidad total en kilovatios de todos los motores que necesitan arrancar automáticamente.
Se: Capacidad nominal del transformador en kilovatios.
Kqd: Multiplicador de la corriente durante el arranque del motor; generalmente se toma 5.
2) Verificación del coeficiente de sensibilidad: Cuando ocurre un cortocircuito en el extremo de la línea, Km = Id.min(2) / Idz.

3. **Protección contra sobrecargas**
El valor de corriente que activa la protección se determina según la corriente de carga nominal. La fórmula es:
Idz = Kk × Ie / n × KF
Donde:
Kk: Coeficiente de fiabilidad; puede tomarse entre 1.1 y 1.2.
Ie: Corriente nominal del transformador de la planta o de las ramificaciones.
n: Relación de transformación del transformador de corriente.
KF: Coeficiente de retorno; se toma 0.85.

4. **Protección contra puesta a tierra**
El valor de corriente que activa la protección se determina de manera que se evite la corriente capacitiva que fluye desde los componentes protegidos en caso de una falla de puesta a tierra en el exterior de la línea protegida. Se toma un valor mínimo de sensibilidad de 1.25. La fórmula es:
Idz ≥ Kk × Icx
Idz ≤ (Ic∑ – Icx) / 1.25
Donde:
Icx: Corriente capacitiva que fluye desde los componentes protegidos en caso de una falla de puesta a tierra en el exterior de la línea.
Ic∑: Corriente capacitiva total debido a las fallas de puesta a tierra en toda la red.
Kk: Coeficiente de fiabilidad; puede tomarse entre 4 y 5