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• Luis Alberto

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MOTOR STARTING

MOTOR STARTING Objetivos de los Estudios de Arranque de Motores Los objetivos de los Estudios de Arranque de Motores son: ¾

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

¾

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

MOTOR STARTING Objetivos de los Estudios de Arranque de Motores (cont.) Para lograr estos objetivos es necesario que el motor arranque dentro de unos niveles de tensión permitidos, que su tiempo de arranque este por debajo de la curva de daño del fabricante y que el torque de la carga esté por debajo del torque del motor (con una cierta holgura).

MOTOR STARTING Criterios Típicos durante el Arranque Durante el arranque de uno o más motores: ¾

¾

¾

La tensión mínima permitida en los Switchgear de baja tensión no debe ser menor a 92,5%. La tensión mínima permitida en los Switchgear de alta tensión no debe ser menor a 90%. La tensión mínima permitida en los terminales del motor, durante el arranque, no debe ser menor al 80% de la tensión de diseño del equipo (“rated equipment voltage”).

MOTOR STARTING Criterios Típicos durante el Arranque (cont.) ¾

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

MOTOR STARTING Filosofía para el Arranque El estudio de Arranque de Motores debe realizarse para: ¾

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

¾

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

MOTOR STARTING Conceptos Básicos

MOTOR STARTING Conceptos Básicos (cont.) ¾

Durante el arranque de los motores de inducción, s=1 (deslizamiento), lo cual provoca valores de resistencia del rotor bajos y, en consecuencia, picos de corriente muy elevados que pueden alcanzar valores entre 3,5 y 8 veces la corriente nominal.

¾

El torque de un motor es función directa del cuadrado de la tensión aplicada.

¾

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

MOTOR STARTING Conceptos Básicos (cont.)

MOTOR STARTING Conceptos Básicos (cont.)

Donde: ns f P s nr

Æ Velocidad sincrónica. Æ Frecuencia. Æ Número de polos. Æ Deslizamiento. Æ Velocidad actual.

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

MOTOR STARTING Tipos de Motores Sincrónico: ¾ Polos Salientes (“Salient Pole”). ¾ Rotor Cilíndrico (“Round Rotor”). Inducción: ¾ Rotor Devanado (“Wound Rotor, Slip-ring”). ¾ Jaula de Ardilla (“Squirrel Cage, brushless”).

MOTOR STARTING

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MOTOR STARTING

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case Arranque Dinámico del Motor Arranque Estático del Motor Opciones de Presentación Alarma Reportes Gráficos

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.) Se utiliza el Arranque Dinámico del Motor cuando: ¾

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

¾

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

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.) Se utiliza el Arranque Estático del Motor cuando: ¾

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

¾

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

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.)

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.)

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.) El ETAP permite al usuario el manejo de ciertas variables de control para la solución numérica del arranque de motores y presentación de gráficos. Cabe destacar, que el Programa emplea para el arranque de motores tanto estático como dinámico, el método de Newton-Raphson.

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.) El usuario puede especificar la carga del sistema antes del arranque de cualquier motor y/o conexión de cualquier carga (para mayor información ver Estudios de Flujo de Carga).

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.) El ETAP suministra al usuario un número ilimitado de eventos, para simular las acciones de conexión y desconexión de cargas y/o motores. Es importante destacar, que el Programa asume que todas las cargas en servicio están operativas, a excepción de las previstas a ser arrancadas o desconectadas en cada uno de los eventos.

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.)

El ETAP permite al usuario simular la operación de los cambiadores de toma de los transformadores durante los estudios de arranque de motores.

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.) El ETAP permite al usuario ajustar las impedancias de los diferentes elementos del sistema eléctrico según su tolerancia y corrección por temperatura (para mayor información ver Estudios de Flujo de Carga).

MOTOR STARTING Motor Starting Study Case (cont.)

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

MOTOR STARTING Modelo Dinámico del Motor

MOTOR STARTING Modelo Dinámico del Motor (cont.)

Single 1

DBL1

Single 2

DBL2

MOTOR STARTING Tipos de Arranque Siempre debemos pensar en Arranque Directo. ¾

Ventajas: − − − − − − − − −

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

MOTOR STARTING Tipos de Arranque (cont.) ¾

Desventajas: − −

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

Para tomar esta decisión se deberá verificar: -

-

Que la corriente de arranque de cada motor no provoque caídas de tensiones inadmisibles en la red. Que los fabricantes de bombas, motores y ejes de transmisión indiquen que sean aptos para este tipo de arranque.

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

MOTOR STARTING Tipos de Arranque (cont.)

MOTOR STARTING Tipos de Arranque (cont.)

Red Book. IEEE Std 141-1993. “IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants”

MOTOR STARTING Resultados Obtenidos

MOTOR STARTING Efecto de la Variación de la Tensión y la Frecuencia

MOTOR STARTING Tips Si no se han logrado los objetivos en el Estudio de Arranque de Motores, se deberán incluir recomendaciones para mejorar el arranque, como pudieran ser: ¾

¾ ¾

¾

Aumentar la tensión de referencia de los generadores del 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 1.02 pu. Variar el TAP de los transformadores. Revisión del calibre o número por fase de los cables que alimentan el motor bajo estudio. Si los datos del motor que arranca fueron asumidos, se podría pedir información directamente al fabricante del equipo.

MOTOR STARTING Tips (cont.) ¾

¾

Si el estudio se encuentra en Ingeniería Conceptual o Básica, se podría pensar en incrementar la capacidad (en MVA) del transformador asociado al motor y de esta forma mejorar el arranque. Otra posibilidad sería disminuir la impedancia del transformador. Cabe destacar que esta recomendación debería ser analizada en función de los costos asociados a esta alternativa y de su repercusión sobre los niveles de cortocircuito del sistema. Hablar con el fabricante y plantearle la posibilidad de que cambie el diseño eléctrico del motor para disminuir la corriente de arranque y de esta forma mejorar las condiciones de arranque del mismo.

MOTOR STARTING Tips (cont.) ¾

¾

¾

Es importante tomar en cuenta, que el tiempo que requiere el motor en arrancar sea menor que el tiempo máximo permitido por el fabricante del mismo. Para lo cual se necesita que el fabricante suministre la curva de daño del motor. Recomendar un mecanismo de arranque a tensión reducida para el motor. Por ejemplo: Autotransformadores, etc. En casos extremos en los cuales no puedan ser aplicadas ninguna de las recomendaciones anteriores, y los motores sean de gran capacidad (mayores de 8.000 HP), podría hablarse con el fabricante para que garantizara el arranque del motor a menor tensión (por ejemplo en vez de una caída del 20% una del 30%).