Limitaciones en el arranque de motores asíncronos (Parte 1ª)

Limitaciones de tipo eléctrico durante el arranque

Como consecuencia de las elevadas corrientes absorbidas en el arranque del motor de inducción se originan durante este período unas caídas de tensión en la red de alimentación mucho mayores que en régimen nominal; si la caída de tensión producida por el motor funcionando en régimen nominal, en un punto determinado de la red es ΔU, en el arranque ocasionará una caída ΔU' dada por:

Tal y como se trató en el post: “Acoplamiento Motor/Carga” disponible en el link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2017/07/acoplamiento-motorcarga.html

la intensidad de arranque que el motor solicita de la red, suele alcanzar valores de hasta 8 In, con una duración de algunos segundos. Para decidir si las caídas de tensión son o no admisibles hay que considerar la configuración de la instalación eléctrica que alimenta al motor, la naturaleza de los consumos conectados a ella y las restricciones impuestas por las compañías eléctricas.

Limitación de corriente impuesta por la instalación eléctrica

Las perturbaciones eléctricas en la propia instalación del usuario originadas por los arranques deben ser analizadas cuidadosamente en los siguientes casos: Cuando la potencia del motor que se arranca sea una fracción importante de la potencia total de la instalación. En este caso las corrientes de arranque pueden disparar las protecciones genera-les de la instalación (Véase figura 1) Cuando se arranquen simultáneamente un número elevado de motores (por las misma razones expuestas en el punto anterior)

Figura 1: Esquema de principio para analizar las limitaciones

de tipo eléctrico impuestas por la propia instalación

·        Cuando se alimenten motores a través de líneas de gran longitud, dimensionadas por el criterio de máxima caída de tensión. En este supuesto el par puede verse sustancialmente reducido, según se comenta en otro epígrafe Cuando existan consumos sensibles a las variaciones de tensión conectados sobre la misma línea que alimenta al motor. El ejemplo de la figura 1 facilita la comprensión de las consideraciones anteriores. En ella se representa una instalación en la que un motor de inducción M es alimentado junto a los consumos A, B por una línea L de 380 V. La línea es una de las salidas en Baja Tensión de un transformador reductor 20/0.38 KV que está conectado a la red de distribución de 20 KV. Supongamos que en régimen nominal el motor produce una caída de tensión en la línea ΔU_n = 4% (dentro de las prescripciones del Reglamento de Baja Tensión). Si el motor tiene una corriente de arranque l_a = 6 I_n, la caída de tensión que se producirá en la línea en el instante de conexión será: 

por tanto, cada vez que el motor sea conectado, la tensión de alimentación de los consumos B y A (situados al final y en el punto medio de la línea) se verá reducida transitoriamente a:

Evidentemente estas disminuciones transitorias de la tensión de alimentación serán admisibles o no, dependiendo de la naturaleza de los consumos A y B; por ejemplo, si se tratara de equipos electrónicos de control o regulación, las caídas de tensión calculadas serían inaceptables. El dictamen cambiaría si esos descensos transitorios afectaran a equipos tales como estufas térmicas, extractores, etc.

Limitación por reducción inadmisible del par de arranque

En el caso de motores alimentados por líneas de gran longitud, dimensionadas por el criterio de máxima caída de tensión (motores instalados en minas, motores de bombas sumergidas, etc.), el par de arranque puede verse sustancialmente reducido por la caída de tensión originada en la línea por la propia corriente de conexión del motor. Hay que recordar que el par interno generado por las máquinas asíncronas es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación y por tanto es muy sensible a sus variaciones. Volviendo al ejemplo anterior, si el par en el momento de conexión según catálogo es T_a, en las condiciones analizadas se tendría:

Es decir, el par en el instante de conexión se vería reducido al 58% del valor previsto.

Limitaciones de corriente de arranque por prescripción de la compañía suministradora.

Las compañías eléctricas están facultadas para imponer limitaciones en las corrientes de arranque de los motores de sus clientes siempre que estas sobrecorrientes originen perturbaciones en la red pública de distribución. La figura 2 representa el esquema unifilar de una línea de distribución en media tensión que alimenta a una serie de clientes A, B, C..., a través de los correspondientes transformadores reductores. 

Figura 2: Esquema de principio para analizar las limitaciones

de tipo eléctrico impuestas por la compañía suministradora

Cuando arranca el motor del cliente A, los clientes B, C, etc.  ven reducida su tensión de alimentación; si esta reducción es muy fuerte, la tensión en B y C puede salirse transitoriamente de los márgenes de tolerancia fijados en el contrato de suministro entre la compañía distribuidora y los clientes B, C. Por tanto la compañía eléctrica impondrá limitaciones a la corriente de arranque del motor del cliente A.

En el caso de motores de baja tensión alimentados desde la red de media tensión, las perturbaciones producidas en la red son normalmente irrelevantes, debido a que las potencias de los motores de serie no suelen superar los 400 kW, valor pequeño si se compara con la potencia que habitualmente transportan las líneas de media tensión. Sin embargo, motores de media tensión (Un = 6.6 kV) con potencias del orden de 3000 a 15000 kW originan frecuentemente perturbaciones importantes.

Cuando se alimentan motores de la red pública de distribución en B.T. (caso de pequeñas industrias) a menudo la potencia de los motores es comparable a la potencia instalada. En estos casos, además de las consideraciones anteriores, hay que tener en cuenta las restricciones impuestas por el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión que en su Instrucción Técnica Complementaria 43 estipula lo siguiente: «En general, los motores de potencia superior a 0.75 kilovatios estarán provistos de reóstatos de arranque o dispositivos equivalentes que no permitan que la relación de corriente entre el período de arranque y el de marcha normal que corresponda a su plena carga, según las características del motor que debe indicar su placa, sea superior a la señalada en el cuadro siguiente:

En los motores de ascensores, grúas y aparatos de elevación en general, tanto de corriente continua como alterna, se computará con intensidad normal a plena carga a los efectos de las constantes señaladas en el cuadro anterior, la necesaria para elevar las cargas fijadas como normales a la velocidad de régimen, una vez pasado el período de arranque, multiplicado por el coeficiente 1,3. No obstante a lo expuesto, y en casos particulares podrán las empresas prescindir de las limitaciones impuestas, cuando las corrientes de arranque no perturben el funcionamiento de sus redes de distribución.

Continua en: Limitaciones en el arranque de motores asíncronos (y Parte 2ª)
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