Diseño electromecánico del arrancador mediante autotransformador para motores asíncronos en media tensión 2.3 kv - 4.61 kv. Criterio para la protección del motor

Abstract

El desarrollo del presente tema tiene como finalidad mostrar los procedimientos a seguir en el diseño, detalles, componentes y pruebas de fabricación del equipo necesario para la automatización del arranque y protección de motores asíncronos en alta tensión, mediante un tablero especial para esta particularidad, el cual debe cumplir condiciones específicas de acuerdo a las normas internacionales preparadas para este tipo de arrancador. De acuerdo con el desarrollo tecnológico en las diversas ramas de la actividad industrial, exige que el desarrollo de los ac-accionamientos eléctricos avancen en el sentido de aumento de las potencias, por lo tanto, el uso de motores eléctricos de grandes potencias es cada vez más amplio, como por ejemplo para el acciona - miento de potentes bombas, ventiladores, compresoras de aire, etc. El motor eléctrico necesario para estos accionamientos normalmente es un motor asíncrono con rotor en corto circuito. Para instalaciones de bombeo el principal equipo eléctrico lo componen los motores asíncronos de bajo y alto voltaje con rotor en corto circuito, recomendándose la utilización de electromotores de alta tensión para potencias de motores superiores a los 100 KW. Es necesario distinguir los dos grupos de voltaje usado en la fabricación de motores eléctricos, los cuales pueden ser de baja tensión (menor 600 V) y motores de alta tensión (mayores de 600 V hasta los 5,000 V). Según las clasificaciones normalizadas, este grupo de motores están dentro de las tensiones medias de distribución, por lo tanto el desarrollo del tema utiliza preferentemente el término de media tensión por ser más adecuado, teniendo en cuenta que en nuestro medio las tensiones más usuales son 2.3 kV y 4.16 kV; sistemas de distribución en media tensión que vienen operando en la mayoría de actividades industriales, tales como: minería, extracción y explotación del petróleo, siderúrgicas, industrias químicas, etc. La utilización de motores asíncronos de media tensión presenta ventajas sustanciales frente a los motores síncronos que también es utilizado para el accionamiento de los mecanismos descritos: bombas, ventiladores. Por lo cual su uso lo hace económicamente adaptable a la actividad nacional, razón por la que se hace necesario un adecuado accionamiento eléctrico debidamente diseñado para aumentar la productividad de la actividad industrial- La aplicación universal del accionamiento eléctrico con mando automático permite obtener eleva da producción del mecanismo, mejorando la calidad de los productos elaborados y simplificando la labor del personal de operación. El mando automático de los accionamientos eléctricos estriba en realizar el arranque, la regularización de la velocidad, así como el mantenimiento del régimen de trabajo dentro de las condiciones normales de operación, mediante una adecuada protección del electromotor para garantizar una alta confiabilidad del sistema. Esto es posible con un adecuado cálculo y dimensionamiento del equipo que forma parte del tablero arrancador.

La mayoría de máquinas de características centrifugas especialmente las bombas y ventiladores, motivo del tema, que deben operar con elevadas potencias, pueden arrancarse en forma directa conectándolo directamente a la tensión de la red o mediante artificios que permitan su arranque a tensión reducida. El arranque directo absorbe inicialmente una elevada corriente de arranque causando problemas en el sistema eléctrico, asi como también en la máquina accionada o en los materiales que son pro cesados, pudiendo llegar en ciertos casos al extremo de interrumpir el servicio. Teniendo en cuenta estas observaciones, y las características de las bombas y ventiladores de gran potencia, utilizaremos para el arranque del motor asíncrono un autotransformador, previsto para media tensión, con lo cual el arranque a tensión reducida con este equipo permitirá la reducción de la corriente de arranque. El uso del autotransformador, es el método más apropiado, recomendable para el tipo de accionamiento escogido de características centrifugas, y fundamentalmente por su adaptación fácil al motor asíncrono sin tener que ser de diseño especial, como en el caso de arranque por el método estrella-triángulo, o motor de bobinados parciales. El sistema de arranque mediante autotransformador puede ser utilizado para arrancar cualquier tipo de motor asíncrono con rotor en corto circuito, lo cual hace ventajoso su uso por cuanto el motor eléctrico de este tipo es más económico y seguro. En los arrancadores de media tensión, las exigencias del aislamiento priman para definir sus dimensiones, además la seguridad del equipo y principalmente del personal encargado de su operación exigen que el sistema de operación manual sea descartado, por lo que el diseño del tablero sea para operación automática lo cual se consigue con un circuito secundario de control en baja tensión, a través de un transformador adecuado que se conecta a la red de media tensión o con una fuente exterior independiente del sistema eléctrico, mediante un banco de baterías; por ejemplo, esta elección dependerá mayormente del grado de seguridad que se requiera dar al accionamiento eléctrico. La función del arrancador además debe considerar un adecuado sistema de protección para el motor que asegure una correcta operación y sobre todo evitar paradas costosas con riesgo de daños al motor, por lo que es necesario proveer una adecuada protección dentro de las limitaciones económicas existentes. En el desarrollo del tema, mostramos todos los criterios que pueden usarse para la protección del motor, y es parte primordial del tablero arrancador con lo cual se completaría la finalidad del automatismo automático para motores en media tensión. Finalmente, mediante la ejecución práctica de un arrancador en media tensión para un motor de 700 HP, 4.16 kV, aplicamos todos los pasos desarrollados en los capítulos respectivos.