Los arrancadores de voltaje pleno son el método de control de motor de voltaje medio más utilizado. Este equipo, también conocido como arrancadores directos, aplica voltaje de línea al motor en una sola acción a través de contactores clasificados para conectar y desconectar corrientes de entrada al motor. Un ensamblaje de controladores de motor bajo un bus común a menudo se denomina centro de control de motores (MCC).
Por otro lado, un disyuntor de MT es un equipo de protección de distribución de energía diseñado para interrumpir altos niveles de corriente de cortocircuito. Aunque estos dispositivos se encuentran comúnmente instalados en montajes llamados subestaciones de control, a veces se han aplicado en aplicaciones de control de motores.
Veamos las consideraciones comunes de aplicación al elegir un método de arranque de motor, que incluye: tamaño del equipo, resistencia, impacto en otros equipos y seguridad. Aquí está el resultado: la solución del arrancador de motor (contactor + relevador de sobrecarga) resulta victoriosa en cada uno de estos parámetros.
Con la capacidad de emparejar un arrancador de 800 A con capacidad nominal plena con un motor de inducción de 800 A, existe la oportunidad de una solución óptima para arrancar y detener motores de MT. Aplicar un arrancador de 800 A con capacidad nominal completa en lugar de un disyuntor de 1200 A no solo dimensiona el equipo para la aplicación, sino que también se traduce en otros beneficios: menor área, corrientes de corte más bajas, mayor resistencia y tiempos de limpieza más rápidos. El uso de arrancadores de motor eléctrico con un contactor proporciona ventajas significativas:
Los MCC de voltaje medio usados actualmente miden aproximadamente 36 pulgadas de ancho por 30 pulgadas de profundidad y solo requieren un espacio libre frontal de 36 pulgadas. Son accesibles desde el frente y están disponibles comúnmente en una configuración de arrancador de 800 A de una sola altura o 400 A de dos alturas; pueden instalarse contra una pared, uno contra otro o incluso en una esquina.
La subestación de control de voltaje medio, por otro lado, requiere acceso posterior, tiene 96 pulgadas de profundidad y tiene requisitos de espacio libre de 70 pulgadas en la parte delantera, 32 pulgadas en el lateral y 36 pulgadas en la parte trasera. Este aumento del área y los requisitos de acceso adicionales pueden volverse costosos, particularmente cuando el equipo se instala en lugares como casas eléctricas prefabricadas donde el costo por pie cuadrado es muy significativo.
Por ejemplo, una fila típica de MCC de voltaje medio con diez arrancadores de 400 A medirá 180” de ancho y requeriría aproximadamente 83 pies cuadrados de espacio en el piso, incluidos espacios libres delanteros. El uso de disyuntores en subestaciones de control de MT para la misma aplicación, representaría más del triple que el área total requerida y los espacios libres a 253 pies cuadrados. Este aumento en el área, los espacios y el costo general no es necesario especialmente para motores de menos de 6000 caballos de fuerza (horsepower, HP), que pueden controlarse con un arrancador basado en contactores de 800 A con clasificación completa.
Cuando se abre un interruptor de vacío, el nivel de corriente producido por la formación de arcos entre los contactos del interruptor cae casi instantáneamente a cero en lugar de seguir una disminución a cero de la corriente nominal de la forma de onda fundamental de 60 Hz. Esta interrupción repentina de la corriente se define como corte de corriente y, dependiendo de su magnitud y frecuencia, puede causar una degradación grave del aislamiento durante la vida útil de un motor.
Por diseño, los interruptores de vacío en los contactores tienen una capacidad de interrupción más baja y están construidos para funcionar con más frecuencia que los que se utilizan en los disyuntores. Los interruptores de vacío en contactores se fabrican con metalurgia diferente, lo que les permite presentar una corriente de corte más baja (aproximadamente 1 amperio) que la corriente de corte producida por un interruptor de corte (aproximadamente 5 amperios). Consulte a continuación.
Formas de onda de corriente de corte de 1 y 5 amperios
Según la impedancia característica del sistema eléctrico, el voltaje transitorio creado por la corriente de corte podría ser perjudicial para el aislamiento del equipo. La imagen de forma de onda presenta el voltaje transitorio creado por una corriente de corte de 1 y 5 amperios en un circuito simulado con una impedancia característica de 3000 ohmios.
Como se muestra, la condición de sobrevoltaje de 1 por unidad creada por el corte de corriente de 1 amperio de un contactor en vacío, está bien dentro de la clasificación de la mayoría de los sistemas de aislamiento de MT y no obligará a los ingenieros de diseño a utilizar supresores de sobretensión. Por otro lado, los interruptores de vacío en los disyuntores tienen un corte de corriente de 5 amperios que aumenta el voltaje transitorio a niveles por encima de cuatro veces el voltaje del sistema. Estos niveles más altos de voltajes transitorios a menudo requieren el uso de supresores de sobretensión como mitigador para proteger los sistemas de aislamiento.
A contactor is an electrically controlled switch used for switchging a power circuit with a lower power level control circuit. Learn from our experts at Eaton's Experience Center to understand contactors, how they compare to circuit breakers and the role they play in motor starting and other applications.
Los arrancadores de motor que utilizan contactores tienen una vida útil mecánica y eléctrica extendida en comparación con los arrancadores basados en disyuntores. El impacto aquí es sustancial. Para aplicaciones de arranque de motores, los contactores pueden requerir poco mantenimiento, o ninguno, durante décadas. Por el contrario, las soluciones basadas en disyuntores para el arranque del motor podrían requerir mantenimiento repetido a partir del año de funcionamiento.
Como se observa en la tabla a continuación, los disyuntores de vacío tienen una resistencia mecánica de 10 000 operaciones con un período de mantenimiento recomendado por el fabricante de 500 operaciones. Los contactores en vacío suelen tener una capacidad nominal de 25 000 operaciones eléctricas antes de que se recomiende el mantenimiento y una vida útil eléctrica total de hasta 300 000 operaciones.
Los disyuntores están construidos para detener altos niveles de corriente en caso de una falla. Son excelentes interruptores y, como tales, son más adecuados para aplicaciones de distribución de energía en lugar de aplicaciones de arranque de motores donde la cantidad de operaciones aumenta significativamente. Por ejemplo, una aplicación en la que solo se requieren cuatro operaciones de arranque del motor por día, daría lugar a períodos de mantenimiento de 4 meses si se aplica un controlador basado en un disyuntor. Utilizando el mismo escenario, descubrimos que el contactor no requerirá ningún mantenimiento recomendado durante más de diez años. Se pueden usar disyuntores en este contexto, pero es importante comprender las recomendaciones de mantenimiento de los fabricantes para implementar cronogramas de mantenimiento que se adapten a este uso.
Dispositivo |
Operaciones eléctricas nominales |
Operaciones de mantenimiento recomendadas |
Disyuntor de vacío |
10,000 |
500 USD |
Contactor en vacío de 400 A |
300,000 |
25,000 |
Contactor en vacío de 800 A |
200,000 |
25,000 |
La protección de cortocircuito del controlador de motor basado en disyuntores generalmente se proporciona mediante el ajuste instantáneo de sobrecorriente del relevador de protección del motor. Aunque este tipo de protección funciona sin demora intencional, es importante tener en cuenta que existen demoras heredadas debido a las operaciones de relé y disyuntor o al tiempo total de despeje.
Para obtener el tiempo de funcionamiento del relé, el ingeniero de protección debe tener en cuenta el contacto de salida del relé y el tiempo de funcionamiento de protección instantánea. Los relés normalmente tienen un tiempo de operación de contacto de 8 ms con un tiempo de recogida máximo de 30 ms. Esto significa que el tiempo de funcionamiento total del relé es de aproximadamente 38 ms o aproximadamente 2 1⁄4 ciclos. Una vez que el relé recoge y cierra su contacto de salida para disparar el disyuntor, tomará de 50 a 83 ms adicionales (3 a 5 ciclos) para abrir completamente sus contactos y eliminar la falla. Al sumar tanto los tiempos de funcionamiento del relé como los del disyuntor, el tiempo de despeje total es de entre 88 y 121 ms (5 a 7 ciclos).
Los controladores de motor de clase E2 utilizan un contactor principal para generar e interrumpir corrientes de carga y sobrecarga, además de fusibles limitadores de corriente de MT para interrumpir corrientes de falla que exceden la capacidad de interrupción del contactor principal.
La mayoría de los contactores de MT de 400 A tiene capacidades de interrupción de entre 6000 A y 8500 A; y los contactores de MT de 800 A tienen clasificaciones de interrupción de 7200 a 12 500 A. Para obtener capacidades de interrupción más altas, los fusibles limitadores de corriente se suministran como protección de respaldo para interrumpir y limitar las corrientes de cortocircuito más altas que la clasificación del contactor. El diseño del arrancador de motor debe garantizar que el contactor no se abra por encima de su capacidad de interrupción y, en su lugar, permitir que el fusible despeje esta falla.
La tabla a continuación muestra los tiempos de despeje mínimos y totales, así como la corriente de paso de fusibles comunes utilizados en arrancadores de motor de MT de 400 A y 800 A. Como se observa en esta tabla, cuanto más altos sean los niveles eventuales de corriente de cortocircuito en la ubicación del fusible, más rápido se despejará el fusible y se limitará la corriente de falla de paso que alimenta al fallo. Esta característica de limitación de corriente despeja una falla dentro de 1⁄2 ciclo o al menos 10 veces más rápido que la protección instantánea de un disyuntor, lo que reduce en gran medida la cantidad de energía de arco eléctrico producida durante una falla, lo que la hace más segura para sus usuarios.
RMS de corriente SC prospectiva (A) |
400 A - 24R |
800 A - 44R |
800 A - 57X |
||||||
Fundición mínima (ciclo) |
Despeje total (ciclo) |
Paso máximo (A) |
Fundición mínima (ciclo) |
Despeje total (ciclo) |
Paso máximo (A) |
Fundición mínima (ciclo) |
Despeje total (ciclo) |
Paso máximo (A) |
|
12,000 |
2 |
2,6 |
33,000 |
15 |
18 |
N/A |
18 |
60 |
N/A |
15,000 |
1 |
1,2 |
35,000 |
6 |
9 |
N/A |
4,8 |
16 |
N/A |
20,000 |
Región de paso |
<0,5 |
37,000 |
2 |
4 |
N/A |
1,4 |
4,7 |
N/A |
25,000 |
Región de paso |
<0,5 |
40,000 |
1 |
2 |
N/A |
0,6 |
2,4 |
N/A |
30,000 |
Región de paso |
<0,5 |
43,000 |
Región de paso |
1 |
N/A |
Región de paso |
1,5 |
76,000 |
35,000 |
Región de paso |
<0,5 |
45,000 |
Región de paso |
0,9 |
82,000 |
Región de paso |
1,1 |
80,000 |
40,000 |
Región de paso |
<0,5 |
47,000 |
Región de paso |
<0,5 |
87,000 |
Región de paso |
0,8 |
83,000 |
45,000 |
Región de paso |
<0,5 |
50,000 |
Región de paso |
<0,5 |
90,000 |
Región de paso |
<0,5 |
86,500 |
50,000 |
Región de paso |
<0,5 |
51,000 |
Región de paso |
<0,5 |
93,000 |
Región de paso |
<0,5 |
90,000 |
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