5- arranque de motores.pdf

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Objetivos de los Estudios de Arranque de Objetivos de los Estudios de Arranque de MotoresMotores

Los objetivos de losLos objetivos de los Estudios de Arranque de Motores son:Estudios de Arranque de Motores son:Los objetivos de los Los objetivos de los Estudios de Arranque de Motores son:Estudios de Arranque de Motores son:

Investigar si un motor puede arrancar Investigar si un motor puede arrancar satisfactoriamente bajo ciertas condiciones desatisfactoriamente bajo ciertas condiciones desatisfactoriamente bajo ciertas condiciones de satisfactoriamente bajo ciertas condiciones de operación.operación.

Verificar si el arranque del motor impedirá seriamente Verificar si el arranque del motor impedirá seriamente la operación normal de las otras cargas en el sistema.la operación normal de las otras cargas en el sistema.

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Objetivos de los Estudios de Arranque de Objetivos de los Estudios de Arranque de Motores (cont.)Motores (cont.)

Para lograr estos objetivos es necesario que el motorPara lograr estos objetivos es necesario que el motorPara lograr estos objetivos es necesario que el motor Para lograr estos objetivos es necesario que el motor arranque dentro de unos niveles de tensión permitidos, que arranque dentro de unos niveles de tensión permitidos, que su tiempo de arranque este por debajo de la curva de daño su tiempo de arranque este por debajo de la curva de daño d l f b i t l t d l té d b jd l f b i t l t d l té d b jdel fabricante y que el torque de la carga esté por debajo del fabricante y que el torque de la carga esté por debajo del torque del motor (con una cierta holgura).del torque del motor (con una cierta holgura).

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Criterios Típicos durante el ArranqueCriterios Típicos durante el Arranque

Durante el arranque de uno o más motores:Durante el arranque de uno o más motores:

La tensión mínima permitida en los Switchgear de La tensión mínima permitida en los Switchgear de baja tensión no debe ser menor a 92,5%.baja tensión no debe ser menor a 92,5%.

La tensión mínima permitida en los Switchgear de altaLa tensión mínima permitida en los Switchgear de alta La tensión mínima permitida en los Switchgear de alta La tensión mínima permitida en los Switchgear de alta tensión no debe ser menor a 90%.tensión no debe ser menor a 90%.

La tensión mínima permitida en los terminales del La tensión mínima permitida en los terminales del motor, durante el arranque, no debe ser menor al 80% motor, durante el arranque, no debe ser menor al 80% de la tensión de diseño del equipo (“rated equipment de la tensión de diseño del equipo (“rated equipment voltage”).voltage”).voltage ).voltage ).

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Criterios Típicos durante el Arranque (cont.)Criterios Típicos durante el Arranque (cont.)

El tiempo de arranque deberá estar por debajo del El tiempo de arranque deberá estar por debajo del valor máximo permitido de acuerdo a la curva de daño valor máximo permitido de acuerdo a la curva de daño pptérmico del motor.térmico del motor.

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Filosofía para el ArranqueFilosofía para el Arranque

El estudio de Arranque de Motores debe realizarse para:El estudio de Arranque de Motores debe realizarse para:

Casos extremos (pérdida de un transformador o Casos extremos (pérdida de un transformador o alimentador, mínimo nivel de cortocircuito, etc).alimentador, mínimo nivel de cortocircuito, etc).

Se deberán ajustar los Tap’s de los transformadores Se deberán ajustar los Tap’s de los transformadores para mejorar los perfiles de tensión.para mejorar los perfiles de tensión.

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Conceptos BásicosConceptos Básicos

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Conceptos Básicos (cont.)Conceptos Básicos (cont.)

Durante el arranque de los motores de inducción, s=1 Durante el arranque de los motores de inducción, s=1 (deslizamiento), lo cual provoca valores de resistencia (deslizamiento), lo cual provoca valores de resistencia (des a e to), o cua p o oca a o es de es ste c a(des a e to), o cua p o oca a o es de es ste c adel rotor bajos y, en consecuencia, picos de corriente del rotor bajos y, en consecuencia, picos de corriente muy elevados que pueden alcanzar valores entre 3,5 muy elevados que pueden alcanzar valores entre 3,5 y 8 veces la corriente nominaly 8 veces la corriente nominaly 8 veces la corriente nominal.y 8 veces la corriente nominal.

El torque de un motor es función directa del cuadrado El torque de un motor es función directa del cuadrado d l t ió li dd l t ió li dde la tensión aplicada.de la tensión aplicada.

El deslizamiento a torque máximo es directamente El deslizamiento a torque máximo es directamente proporcional a la resistencia del rotor.proporcional a la resistencia del rotor.

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Conceptos Básicos (cont.)Conceptos Básicos (cont.)

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Conceptos Básicos (cont.)Conceptos Básicos (cont.)

Donde:Donde:

ns Velocidad sincrónica.f Frecuenciaf Frecuencia.P Número de polos.s Deslizamiento.nr Velocidad actual.

En el 95% de los motores de inducción, s < 5%

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Tipos de MotoresTipos de MotoresSincrónico:Sincrónico: Polos Salientes (“Salient Pole”).Polos Salientes (“Salient Pole”).o os Sa e tes ( Sa e t o e )o os Sa e tes ( Sa e t o e ) Rotor Cilíndrico (“Round Rotor”).Rotor Cilíndrico (“Round Rotor”).

Inducción:Inducción: Rotor Devanado (“Wound Rotor, SlipRotor Devanado (“Wound Rotor, Slip--ring”).ring”). Jaula de Ardilla (“Squirrel Cage, brushless”).Jaula de Ardilla (“Squirrel Cage, brushless”).

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Motor Starting Study CaseMotor Starting Study Case

Arranque Dinámico del Motor

Arranque Estático del Motor

Opciones de Presentación

AlAlarma

Reportes

GráficosGráficos

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

Se utiliza el Arranque Dinámico del Motor cuando:Motor cuando:

Se tiene información de los datos dinámicos del motor y de yla carga (curvas Torque vs. Velocidad, Corriente vs. Velocidad, etc).

Nos interesa el tiempo de aceleración del motor, y si realmente arrancarárealmente arrancará.

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

Se utiliza el Arranque Estático delSe utiliza el Arranque Estático del Motor cuando:

No se tiene información de los datos dinámicos del motor ni de la carga.

Nos interesa el efecto del arranque del motor en otras cargas.

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

El ETAP permite al usuario el manejo de ciertas variables El ETAP permite al usuario el manejo de ciertas variables de control para la solución numérica del arranque de de control para la solución numérica del arranque de p qp qmotores y presentación de gráficos. Cabe destacar, que el motores y presentación de gráficos. Cabe destacar, que el Programa emplea para el arranque de motores tanto Programa emplea para el arranque de motores tanto estático como dinámico el método de Newtonestático como dinámico el método de Newton--RaphsonRaphsonestático como dinámico, el método de Newtonestático como dinámico, el método de Newton--Raphson.Raphson.

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

El usuario puede especificar la carga del sistema antes del El usuario puede especificar la carga del sistema antes del arranque de cualquier motor y/o conexión de cualquier arranque de cualquier motor y/o conexión de cualquier q q y qq q y qcarga (para mayor información ver Estudios de Flujo de carga (para mayor información ver Estudios de Flujo de Carga).Carga).

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)El ETAP suministra al usuario un número ilimitado de eventos,

i l l i dpara simular las acciones de conexión y desconexión de cargas y/o motores.

Es importante destacar, que el Programa asume que todas lasPrograma asume que todas las cargas en servicio están operativas, a excepción de las previstas a ser arrancadas o pdesconectadas en cada uno de los eventos.

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

El ETAP permite al El ETAP permite al usuario simular la usuario simular la operación de los operación de los cambiadores de toma de cambiadores de toma de los transformadores los transformadores d t l t di dd t l t di ddurante los estudios de durante los estudios de arranque de motores.arranque de motores.

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

El ETAP permite alEl ETAP permite alEl ETAP permite al El ETAP permite al usuario ajustar las usuario ajustar las impedancias de los impedancias de los diferentes elementos deldiferentes elementos deldiferentes elementos del diferentes elementos del sistema eléctrico según sistema eléctrico según su tolerancia y corrección su tolerancia y corrección por temperatura (para por temperatura (para p p (pp p (pmayor información ver mayor información ver Estudios de Flujo de Estudios de Flujo de Carga).Carga).

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Motor Starting Study Case (cont.)Motor Starting Study Case (cont.)

El ETAP permite al El ETAP permite al usuario desplegar de usuario desplegar de forma a tomática en elforma a tomática en elforma automática en el forma automática en el diagrama unifilar, si algún diagrama unifilar, si algún elemento del sistema elemento del sistema eléctrico excede su valoreléctrico excede su valoreléctrico excede su valor eléctrico excede su valor crítico o marginal.crítico o marginal.

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Modelo Dinámico del MotorModelo Dinámico del Motor

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Modelo Dinámico del Motor (cont.)Modelo Dinámico del Motor (cont.)

Single 1 DBL1

Single 2 DBL2

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Tipos de ArranqueTipos de ArranqueSiempre debemos pensar en Siempre debemos pensar en Arranque DirectoArranque Directo..

Ventajas:Ventajas: Ventajas: Ventajas:

−− Es lo más sencillo.Es lo más sencillo.−− Por lo general, mas económico. Por lo general, mas económico. g ,g ,−− Mayor confiabilidad.Mayor confiabilidad.−− Menor mantenimiento. Menor mantenimiento. −− Menor espacio.Menor espacio.Menor espacio. Menor espacio. −− Mayor velocidad para su puesta en marcha. Mayor velocidad para su puesta en marcha. −− Mayor velocidad para arrancar. Mayor velocidad para arrancar. −− Mayor facilidad para los operadores.Mayor facilidad para los operadores.Mayor facilidad para los operadores. Mayor facilidad para los operadores. −− Menor posibilidad de equivocación al momento de automatizar.Menor posibilidad de equivocación al momento de automatizar.

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Tipos de Arranque (cont.)Tipos de Arranque (cont.) Desventajas: Desventajas:

−− Fuertes corrientes de arranqueFuertes corrientes de arranque−− Fuertes corrientes de arranque. Fuertes corrientes de arranque. −− Máxima solicitación mecánica, hidráulica y eléctrica.Máxima solicitación mecánica, hidráulica y eléctrica.

Para tomar esta decisión se deberá verificar: Para tomar esta decisión se deberá verificar:

-- Que la corriente de arranque de cada motor no provoque caídas de Que la corriente de arranque de cada motor no provoque caídas de tensiones inadmisibles en la red.tensiones inadmisibles en la red.

-- Que los fabricantes de bombas, motores y ejes de transmisión indiquen Que los fabricantes de bombas, motores y ejes de transmisión indiquen que sean aptos para este tipo de arranque.que sean aptos para este tipo de arranque.

En caso de inconvenientes se deberá considerar otros sistemas deEn caso de inconvenientes se deberá considerar otros sistemas deEn caso de inconvenientes, se deberá considerar otros sistemas de En caso de inconvenientes, se deberá considerar otros sistemas de arranque.arranque.

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Tipos de Arranque (cont.)Tipos de Arranque (cont.)

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Tipos de Arranque (cont.)Tipos de Arranque (cont.)

Red Book. Red Book. IEEE Std 141IEEE Std 141--1993.1993.“IEEE Recommended “IEEE Recommended Practice for Electric Practice for Electric Power Distribution for Power Distribution for Industrial Plants”Industrial Plants”

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Resultados ObtenidosResultados Obtenidos

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Efecto de la Variación de la Tensión y la FrecuenciaEfecto de la Variación de la Tensión y la Frecuencia

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TipsTips

Si no se han logrado los objetivos en el Estudio de Si no se han logrado los objetivos en el Estudio de Arranque de Motores, se deberán incluir recomendaciones Arranque de Motores, se deberán incluir recomendaciones para mejorar el arranque, como pudieran ser:para mejorar el arranque, como pudieran ser:

Aumentar la tensión de referencia de los generadores del Aumentar la tensión de referencia de los generadores del sistema, así como la tensión de la barra slack (si es factible). Por sistema, así como la tensión de la barra slack (si es factible). Por ejemplo: Si la tensión era 1.00 pu, se podría pensar en subirla a ejemplo: Si la tensión era 1.00 pu, se podría pensar en subirla a 1.02 pu.1.02 pu.

Variar el TAP de los transformadores.Variar el TAP de los transformadores. Revisión del calibre o número por fase de los cables que Revisión del calibre o número por fase de los cables que

alimentan el motor bajo estudio.alimentan el motor bajo estudio. Si los datos del motor que arranca fueron asumidos, se podría Si los datos del motor que arranca fueron asumidos, se podría

pedir información directamente al fabricante del equipo.pedir información directamente al fabricante del equipo.

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Tips (cont.)Tips (cont.) Si el estudio se encuentra en Ingeniería Conceptual o Básica, se Si el estudio se encuentra en Ingeniería Conceptual o Básica, se

podría pensar en incrementar la capacidad (en MVA) del podría pensar en incrementar la capacidad (en MVA) del transformador asociado al motor y de esta forma mejorar eltransformador asociado al motor y de esta forma mejorar eltransformador asociado al motor y de esta forma mejorar el transformador asociado al motor y de esta forma mejorar el arranque. Otra posibilidad sería disminuir la impedancia del arranque. Otra posibilidad sería disminuir la impedancia del transformador. Cabe destacar que esta recomendación debería transformador. Cabe destacar que esta recomendación debería ser analizada en función de los costos asociados a estaser analizada en función de los costos asociados a estaser analizada en función de los costos asociados a esta ser analizada en función de los costos asociados a esta alternativa y de su repercusión sobre los niveles de cortocircuito alternativa y de su repercusión sobre los niveles de cortocircuito del sistema.del sistema.

Hablar con el fabricante y plantearle la posibilidad de que cambieHablar con el fabricante y plantearle la posibilidad de que cambie Hablar con el fabricante y plantearle la posibilidad de que cambie Hablar con el fabricante y plantearle la posibilidad de que cambie el diseño eléctrico del motor para disminuir la corriente de el diseño eléctrico del motor para disminuir la corriente de arranque y de esta forma mejorar las condiciones de arranque arranque y de esta forma mejorar las condiciones de arranque del mismo.del mismo.

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Tips (cont.)Tips (cont.) Es importante tomar en cuenta, que el tiempo que requiere el Es importante tomar en cuenta, que el tiempo que requiere el

motor en arrancar sea menor que el tiempo máximo permitido motor en arrancar sea menor que el tiempo máximo permitido por el fabricante del mismo Para lo cual se necesita que elpor el fabricante del mismo Para lo cual se necesita que elpor el fabricante del mismo. Para lo cual se necesita que el por el fabricante del mismo. Para lo cual se necesita que el fabricante suministre la curva de daño del motor.fabricante suministre la curva de daño del motor.

Recomendar un mecanismo de arranque a tensión reducida para Recomendar un mecanismo de arranque a tensión reducida para el motor Por ejemplo: Autotransformadores etcel motor Por ejemplo: Autotransformadores etcel motor. Por ejemplo: Autotransformadores, etc.el motor. Por ejemplo: Autotransformadores, etc.

En casos extremos en los cuales no puedan ser aplicadas En casos extremos en los cuales no puedan ser aplicadas ninguna de las recomendaciones anteriores, y los motores sean ninguna de las recomendaciones anteriores, y los motores sean de gran capacidad (mayores de 8 000 HP) podría hablarse conde gran capacidad (mayores de 8 000 HP) podría hablarse conde gran capacidad (mayores de 8.000 HP), podría hablarse con de gran capacidad (mayores de 8.000 HP), podría hablarse con el fabricante para que garantizara el arranque del motor a menor el fabricante para que garantizara el arranque del motor a menor tensión (por ejemplo en vez de una caída del 20% una del 30%).tensión (por ejemplo en vez de una caída del 20% una del 30%).