El objetivo de este artículo es tratar de comunicar a los cuadros de dirección técnicos y administrativos de nuestras empresas de producción y de servicios, la importante necesidad de proteger bien a nuestros motores eléctricos. La inmensa mayoría de los instalados y funcionando son del tipo de inducción trifásicos, los que todos deben llevar los siguientes tipos de protecciones ante las condiciones eléctricas anormales que pueden aparecer en la red y para protegerlos de las sobrecargas mecánicas que se producen muy frecuentemente durante el trabajo normal. La forma o diseño de estos equipos varía de acuerdo a la magnitud de las tensiones nominales a las que están conectados los motores, llamadas de baja tensión (menores de 690 volt) o de media tensión (mayor de 690 volt).
Esquema básico para la protección de los motores eléctricos
En este esquema se observan los elementos de gobierno y protecciones básicas más usadas:
1. Protección contra sobretensiones (pararrayos valvulares y supresores)
2. Protección contra cortocircuitos (fusibles y disyuntores)
3. Relé de protección contra fallos de fase, desbalances, y baja y alta tensión
4. Arrancadores, que pueden ser: directos, estrella-delta, arrancador suave y otros
5. Protección contra sobrecargas (térmicas y electrónicas)
6. Relé de protección contra bajo nivel (para bombas)
1. Aparición de sobretensiones muy por encima de las que resisten los materiales aislantes con los que está enrollado el motor.
Son estas sobretensiones las producidas casi siempre por las descargas atmosféricas (rayos) que inciden directa o indirectamente en las líneas de alta tensión, solamente con duraciones de unos milisegundos, pero que son capaces de producir la ruptura del aislante del devanado del motor en un punto, inutilizándolo por completo. Cuando en las líneas de alta tensión superiores mostradas en la siguiente figura, incide directa o indirectamente una descarga, que puede ser cercana o lejana, pueden precipitarse hacia la pizarra eléctrica general de distribución (PGD) del centro, sobretensiones muy elevadas, incluso mayores de 20 000 volt, que pueden dañar fácilmente los equipos eléctricos en funcionamiento.
Banco de transformadores típico de una estación de bombeo, alimentado por una línea de alta tensión de 13,8 kV y protegidos con sus pararrayos valvulares (1er escalón)
Para proteger el resto de los equipos es necesario adquirir los correspondientes supresores de sobretensiones, los que modernamente vienen diseñados por niveles o escalones, donde es muy importante aclarar que el primer escalón es la imprescindible colocación por parte de la OBE de los pararrayos valvulares de los transformadores, los que no pueden faltar.
El segundo escalón deberá ir situado y pedido normalmente en la PGD indicado por su ineludible proyecto eléctrico hecho por un profesional, y éste debe proteger los devanados de los motores eléctricos de baja tensión (menores de 600 volt) por debajo de una tensión residual no mayor de 2 500 volt. Si existieran instalados equipos más sensibles, como son arranques modernos de algunos de esos motores más potentes y equipos con componentes electrónicos más sofisticados, entonces ya sería necesaria la proyección y la imprescindible adquisición de protectores de un tercer y de un cuarto escalón, los cuales reducirían la tensión a menos de 1500 volt y a menos de 500 volt respectivamente. Esto es muy importante en los aislados sistemas de abasto de agua de todas las actividades de la agricultura y para proteger los costosos y muy necesarios equipos de los hospitales, por sólo poner dos ejemplos.
Montaje típico de los Supresores de sobretensiones, protegido con disyuntores modulares mono-polares que pueden ir colocados en la PGD o en las pizarras o paneles de fuerza secundarios
2. Protección contra los cortocircuitos para los motores que pueden producirse en los conductores, equipos de gobierno y en el propio motor.
Se usan los fusibles y los disyuntores, donde estos son más conocidos en Cuba como los “breakers”. Sus corrientes de fusión o de disparos deben ser seleccionadas por los proyectistas eléctricos, pues puede representar un peligro de avería o de incendio si se sobredimensionan.
Fusibles más usados en la actualidad (NH y de “botellita”)
Disyuntores más usados en la actualidad (Modulares y de Caja Moldeada)
3. Aparición de fallos de fase por alta tensión, desbalances de las tensiones y subidas y bajadas de las tensiones nominales de trabajo de los motores trifásicos.
Para proteger al motor (o motores) puede usarse un relevador llamado “de fallo de fase”, regulable para las tensiones entre líneas, situado en un arrancador de un motor importante o en una PGD que controle varios motores, como el que se muestra en la siguiente figura.
Relevador llamado “de fallo de fase”, regulable para las tensiones entre líneas. Este tipo de relevador constituye un respaldo para la protección de sobrecarga y siempre sería ideal que cada motor dispusiera de uno de ellos.
4. Arrancadores, formados por contactores y otros equipos en dependencia del tipo de arranque que necesite el motor, los que pueden ser: arranque directo, estrella-delta, con arrancador suave y otros.
Estos dispositivos, llamados también arranques magnéticos por nuestros electricistas son combinados por los fabricantes de los arrancadores para el arranque y parada de los motores de inducción, y siempre deben existir instalados. Su presencia en el manejo del motor hace que adicionalmente quede protegido contra re-arranques indeseados en caso de fallos de tensión.
Tipos de contactores para los arranques de los motores
5. Protección contra sobrecargas (térmicas y electrónicas).
Se trata de una protección básica, basada en el chequeo constante de la corriente de carga del motor, con un ajuste para accionar (disparo) a la corriente nominal de chapa del motor que protege. En este caso el ajuste debe ser de 10 ampere para un motor de 5 kW de potencia nominal en el eje, conectado a 440 volt como en la chapa ejemplo que se muestra.
Protección contra sobrecargas (térmica) para motores de baja tensión
Protección integral (electrónica) para motores de media tensión
Estas protecciones integrales electrónicas normalmente vienen con los arrancadores suaves de estos motores de media tensión.
6. Relé de protección contra bajo nivel (para bombas)
Muy usados en las bombas sumergibles para abasto de centros agropecuarios y comunidades.
Desconecta el arrancador del motor cuando su sensor inferior dentro del pozo descubre un bajo nivel por debajo de la succión de la bomba. Respalda a la protección de sobrecarga por esta causa. Va colocado dentro del panel de arranque del motor que protege.
Conclusiones: Realmente para poder garantizar un trabajo eficiente con los motores eléctricos, el índice anual de motores quemados con respecto a los instalados y funcionando no debe ser mayor del 5 %. Actualmente ese índice anual promedio en el país para todos los organismos no baja del 20 %, por lo que es necesario usar todas estas protecciones.
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Datos del autor:
MsC., Ing. José Luis Amador Vilariño
(Ingeniero eléctrico, graduado en la especialidad
de Energía en el 1972 en la U. Central de Las Villas)
Teléfono: 32-297339
E-Mail: jlamador48@nauta.cu
Dirección: San José # 741, Camagüey
CI - # 48030606149
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