Caida Tension Por Arranque Motores

5/8/2018 Caida Tension Por Arranque Motores

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INEDON inelectra DOCUMENTONORMALIZADODEPARTAMENTO DE INGENIERIA 900 CAL 490 419 / 005 PAGINA-P" ELECTRICA 0OBJETO - OBJECT

MANUAL PARA EL CALCULO DE CAIDA DE TENSIONEN EL ARRANQUE DE MOTORES

DOCUMENTOS ANEXOS - ATIACHED DOCUMENTS

DOCUMENTOS DE REFERENCIA - REFERENCE DOCUMENTS

No. de Control

ELABORO REVISADO APROBADO PORpaginas incluyendo CaratulaREV FECHA OBJETO - OBJECT INICIALES INICIALES TITULODATEa 02-06-87 Emision Original JRGIRM GDb 27-05-98 Revision General ES HB GD

"N.o038MSW/14lNov.-86-R4


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IndicePagina

1. OBJETIVO 12_ INTRODUCCION 13 . METODOS DE ARRANQUE DE MOTORES 23 . 1 Arranque a pleno voltaje 23 . 2 Arranque por reactor 33 . 3 Arranque por resistencia 33 . 4 Arranque por autotransformador 34 . METODO 1 34 . 1 Ejemplo 55 . METOD02 75 . 1 Ejemplo 86. CONCLUSIONES 8

ANEXO

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DEPARTAMENTODE INGENIERIAELECTRICA 900 CAL 490

I. OBJETIVOEI objetivo de este manual es presentar un metoda sencillo de calculo para la caidade tension en el arranque directo de motores de induccion en Baja y MediaTension, para 10 cual haremos una comparacion de dos procedimientos equivalentesy veremos cual de ellos es el mas practice. Ambos procedimientos se presentaranmediante un ejemplo. Los datos de impedancias de cables, interruptores ytransformadores se resumen en las tablas anexas. Sin embargo, estos datos debenser suministrados por fabricantes para cada proyecto en particular.El objetivo final del manual es un analisis de la caida de tension instantanea en elmomento del arranque, para la seleccion del calibre del conductor y/o de lacapacidad de transformacion minima requerida. El calculo integral del calibre delconductor se hara segun el documento No. 903-3070-EOI-TEC-060. "Instruccionesde Trabajo para el Calculo de Alimentadores" .Quedan fuera del alcance los siguientes topicosa. Analisis en el tiempo de las variables del motor durante el arranque y su efectosobre las cargas cercanas Este analisis esta contenido en el programa

"DSPSIN, No 900-PRG-242-207" en poder del Departamento de Estudios(Procedimiento 903-3080-S09-ADM-901).b. Arranque de motores de velocidad variable y motores especiales.c. Arranque de motores con reactor, resistencia 0 autotransformador.

2. INTRODUCCIONCuando la tension de alimentacion en los terminales de un equipo electrico esmenor que el valor nominal indicado en la placa de caracteristicas, se ve afectado elfuncionamiento 0 la vida del equipo.La magnitud del efecto depende del tipo de equipo, de como esta utilizado y lavariacion de voltaje con respecto al valor nominal.Los motores de induccion son los equipos de mas amplia utilizacion en plantasindustriales.Es caracteristico de estos motores que la corriente de arranque a pleno voltajepuede ser de cinco (5) a siete (7) veces mayor que la corriente a plena carga . Este

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aumento sub ito de la corriente que el motor toma del sistema puede causar unacaida de tensi6n excesiva a menos que este efecto sea considerado en el diseno.La caida de tensi6n excesiva tiene como consecuencia una reducci6n considerableen el par de arranque, 10 cual puede ser importante cuando el motor acciona cargasde gran inercia.La caida de tensi6n admisible en el arranque de un motor depende de divers osfactores tales como:- Tipo y disefio del motor- Requerimientos de la carga accionada.- Normas de operaci6n internas de la planta 0 empresa.En forma general, se puede establecer que la caida de tensi6n maxima admisible enel momenta de arranque varia entre 15% y 20% de la tensi6n nominal del motor.Sin embargo, estos valores pueden ajustarse segun los criterios de disefioparticulares de cada proyecto.

3. METODOS DE ARRANOUE DE MOTORESLa potencia de arranque que se requiere del sistema y el par que desarrolla el motorvarian de acuerdo al metoda de arranque utilizado. La tabla A nos da unacomparaci6n de los metodos mas comunes.

3.1 Arrangue a pleno VoltajeEste metodo produce el par mas elevado pero impone la mayor carga al sistema yes el metoda mas econ6mico de arranque.La potencia de arranque a pleno voltaje de motores de inducci6n varia entre 500 %y 700 % de los KVA nominales, los cuales son aproximadamente iguales a lapotencia en HP.

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3.2 Arranque por ReactorEn este metoda se conecta un -reactor en serie con el motor, siendo aquelcortocircuitado cuando el motor se aproxima a su velocidad nominal. EI arranquepor reactor reduce la corriente de linea en proporcion a la toma utilizada, i.e, contoma de 50 % , la corriente se reduce a la mitad. EI par varia en proporcion alcuadrado de la toma utilizada.

3.3 Arranque por ResistenciaEste metodo es similar al anterior y emplea una resistencia en lugar de un reactor.EI par desarrollado varia igual que en el metoda anterior, pero la caida de voltajees menor debido a que la resistencia tiene mejor factor de potencia.

3.4 Arranque por AutotransformadorEn este metoda la corriente de linea se reduce en proporcion al cuadrado de la tomautilizada y se obtiene mejor par que el arranque con reactor.

TABLA ATIPO DE ARRANQUE % TENSION DE % PARDE %CORRIENDE

ALIMENTACI6N ARRANQUE LINEAPleno voltaie 100 100 100Reactor:toma 50% 50 25 50Resistencia ajustada a 80 % de la 80 64 80tensi6nAutransformador:toma 80% 80 64 68toma 50% 50 25 30

4. METODO 1Este metodo supone que todas las caldas de tension ocurren en elementos estaticos,tales como transformadores, cables, interruptores, etc.Las resistencias y reactancias de estos elementos se expresan en ohmios 0 en porunidad en cualquier base conveniente de potencia y voltaje.

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Luego se agrupan en dos terminos que representan las resistencias y reactanciastotales del circuito entre el motor y algun punto del sistema donde se supone que elvoltaje permanece constante, es decir, no afectado por el arranque del motor.Haciendo Ia suma vectorial de resistencias y reactancias se calcula la potencia decortocircuito disponible y luego se calcula la caida de tension utilizando lassiguientes formulas basicas:

Pst * 00I1V% = Pcd+Pst 1

Donde: Pst = Potencia de arranque del motorPcd = Potencia de cortocircuito disponible

Corriente de arranquePst = kVA del motor x Corriente nominalPcd = (kV base ) 2 x 1000Zt(Q)

(kV base)"Zb(Q) = kVA base x 1000Zt = Zs + Zc Zs = impedancia equivalente del sistema en QZc = impedancia del cable en Q

1Zs (pu) = j -N=--=-c-c-Sbase

Donde: Nee = nivel de cortocircuito en barra del centro de control desde donde sealimenta el motor.

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4.1 EjemploUn motor trifasico de 200 HP, 480 Volt., fp= 0.8, eficiencia = 0.95, tipo NEMAB, esta conectado a un centro de control de motores, alimentado desde untransformador de 600 kVA; 13,8/0.48 kV; X(%)= 5%. El alimentador del motoresta compuesto por lx3C 350 MCM, TTU-600 V, con una longitud de 70 m,instalado en ducto no magnetico, Se desea verificar la caida de tensi6n en losbornes del motor al momento del arranque.

13.8 kV.

600 kVA,13.8 kV/480 VX=5%

480V.--...__ -?CB2

ICB1x3C350MCMJ U .soov.4.1.1 Se calcula la potencia de cortocircuito disponible (Pcd), se tomaran en cuenta lasimpedancias del transformador, los interruptores y el alimentador. La impedanciade la fuente se considera nula (fuente infinita). Se tomara como base 1000 kVA Y

480V.- Se calcula Ia impedanciaen p.u. del transformador:

0,05.1000X t = = O,0833p_ u.600

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- Se obtienen los valores de impedancia para los interruptores, de la tabla # 6:X(CB1) = 0,00071 p.u.X(CB2) = 0,00215 p.u.

- Para el conductor se obtienen los siguientes valores de la tabla N 3:r = 0,12 Q/km.x = 0,11 Q/km.

- Se calcula la impedancia total del conductor en Q, para un circuito de 70 m.Zc = (0,0084 +jO,0077) Q

- Se calcula la impedancia base

Zb(Q) = (.480)21000 x 1000 = O,2304Q

- Se calcula la impedancia del conductor en p.u.(0,0084 + jO,0077)Zc = = (0,0365 + jO,0334)p. u.0,2304

- Sumando las impedancias en p.u.

L Z = Zt =(0,0365 + jO,1196)p.u. = (0,1250; V73,023)- Se calcula la impedancia total en Q.

0,1250. (.480?Zt(Q) = x1000 = O,0288Q1000

- La potencia de cortocircuito disponible es:(0.480)2Ped = xl000 = 8000kVA0.0288

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4. 1.2 Se calcula la potencia de arranque en el motor200 HP 0,746kV A = = J96,32kVA0,8.0,95

Para un motor tipo NEMA B, la corriente de arranque es aproximadamente 5,5veces la corriente nominal.

Pst = 196,32 kVAX5,5 = 1079,76 kVA.4. 1.3 Se calcula la caida de tensi6n en el arranque del motor

1079,76tN% = .100 = 11,889%1079.76 + 8000

5. METODO 2En este metoda al igual que el anterior se considera la calda de tensi6n entransformadores, cables, interruptores, etc. y para el calculo se usa la f6rmulaclasica de caida de tensi6n que a continuaci6n se indica.

f: . I a r r C m p ) . [ ( ) ( ) ( ) ) ( )0,1 L m r n I km CO Stparr + x n I km SEN tparr + 100 Xe q n SENtparr

V(volt)

donde: larr: corriente de arranque del motorV: voltaje de lineaL: longitud del alimentador del motorr: resistencia del alimentador del motorx: reactancia del alimentador del motorXeq: reactancia equivalente de los elementos estaticos considerados en el calculoexcepto el alimentador (transformador, interruptor, etc.)

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costparr: factor de potencia en el arranque5.1 Ejemplo

Para los mismos datos del ejemplo anterior tenemos:5.1. 1 Se calcula la reactancia equivalente (Xeq)

- Se calcula la reactancia en 0 del transformador:(480)2V.Xt(o) = X(%). . = 0,oJ920.1000.600kVA

- Se obtienen los valores de impedancia en 0, para los interruptores, de la tabla6:X(CB1) =0,000160X(CB2) =0,00050.

- Se obtiene la reactancia equivalente:Xeq = 0,01986 0

5.1.2 Se calcula la caida de tension sustituyendo los valores en la formula.

%,.,v =/: 0 2 2 4 ' ~ 2 ( A m p ) 0 5,5 [ () (() ()) ( )

0,1070 m 0 0,12 n I kin .0,44 + 0,11 n I kin 0,91 + 100. 0,01986 n V ( volt )

6. CONCLUSIONESComo puede observarse, ambos metodos arrojan resultados similares:%flV (metoda 1)= 11.89%%flV (metoda 2)= 12.66%La diferencia se debe a que el metodo 2 considera el factor de potencia en elarranque. El usuario esta en libertad de usar cualquiera de los metodos descritos en


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este manual. Sin embargo recomendamos, para efectos de disefio, usar la peorcaida de tension en el arranque y esta se obtiene con el metoda 2, el cual ademastiene una aplicacion mas directa.Es importante para este metodo, chequear el factor de potencia en el arranque, conel fabricante del motor.

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Documents

arranque utilizado

arranque directo

arranque por resistencia

arranque por autotransformador

los motores

arranque que se requiere

analisis en

arranque varia entre