Calculo de Arranque de Motor en Excel

Durante el periodo de arranque del motor, el motor aparece para el sistema como una pequeña impedancia conectada al bus. Se demanda una gran corriente al sistema, alrededor de 6 veces la corriente nominal del motor, que por lo tanto resulta en caídas de voltaje en el sistema y perturbaciones impuestas a la operación normal para otras cargas del sistema. Ya que el par en la aceleración del motor depende del voltaje en terminales, en algunos casos en el arranque, el motor no es capaz de alcanzar la velocidad nominal debido a un voltaje en terminales muy bajo. Esto hace necesario el realizar un análisis de arranque de motor.

De acuerdo con IEEE Std. 399-1997, un estudio de arranque de motor debe hacerse si la potencia del motor excede aproximadamente 30% de la capacidad nominal en KVA del (los) transformador(es) de alimentación sino hay generadores presentes. Si hay generadores presentes, y ninguna otra fuente de alimentación está involucrada, se debe considerar un estudio siempre que los HP del motor superen 10 a 15% de la capacidad del generador en KVA, dependiendo de las características reales del generador.

VALORES PERMITIDOS DE CAÍDA DE TENSIÓN AL ARRANQUE

Un nivel aceptable es una caída de voltaje instantánea menor a 15% del voltaje nominal según IEEE Std. 399-1997, excepto para buses donde se tengan conectados controladores de estado sólido, para este caso la caída debe ser menor al 10%, según la Tabla 9-1 de dicho estándar y a 8.10.1 s) de la NRF-048-PEMEX-2007.

Caída de tensión instantánea (voltage dip).- Representa la caída de tensión máxima real experimentada durante el arranque del motor.

La norma NRF-048-PEMEX-2007, en su numeral 8.10.1 s), Indica que con una caída de tensión menor al 10% de la tensión nominal del sistema se considera que el motor puede arrancar a tensión plena, si este valor es mayor debe seleccionarse un tipo de arranque a tensión reducida. 

Caída de tensión sostenida (voltage drop).- Es la caída de tensión presente en las terminales del motor antes y después del arranque del motor, normalmente tiene una tolerancia de ±. 

La norma NMX-J-098-ANCE-1999, en las notas 3 y 4 de la Tabla 1 permite una tolerancia de +5% y -10% de la tensión eléctrica sostenida (no aplica para fallas momentáneas resultantes de operación de maniobra, corrientes de arranque de motores o cualquier otra condición transitoria). 

La norma NRF-095-PEMEX-2013, en su numeral 8.2.2.4 permite una tolerancia de ±10% de la tensión nominal, para la operación de motores de inducción a plena carga y frecuencia nominal (para motores de inducción fraccionarios la tolerancia es de ±6%). 

La norma NOM-001-SEDE-2012, en su artículo 215-2 a) 4) NOTA 2, indica que la caída máxima de tensión de los circuitos alimentadores y derivados hasta la salida más lejana no superará -5%, con esto se ofrece una eficiencia de funcionamiento razonable. 

En la siguiente Figura se muestra un perfil de tensión típico durante el arranque de un motor, donde se aprecia que la caída de tensión instantánea es diferente de la caída de tensión sostenida:

El método utilizado en la hoja de cálculo es el Método de Impedancia (Descrito en IEEE Std. 399-1997), este método implica la reducción del sistema a un simple circuito divisor de tensión en donde el voltaje en cualquier punto (bus) en un circuito se encuentra tomando una tensión conocida (bus fuente) por la relación de la impedancia hasta el punto en cuestión sobre la impedancia total del circuito:

La formula se complementa con el siguiente diagrama:

Dado que un motor arrancando se representa con precisión como una impedancia constante, el método de impedancia es un medio muy conveniente y aceptable de cálculo de tensiones durante el arranque del motor. La validez del método de impedancia por lo general se utiliza para cálculos manuales. Cuando no se trate de sistemas radiales simples, será necesario el uso de un software de cálculo especializado (Paladin DesignBase, SKM, Etap, etc) por computadora para obtener resultados razonablemente precisos.

Referencias:

1. IEEE Std. 399-1997 "IEEE Recommended practice for industrial and commercial power systems analysis".

2."Computer-Aided power system analysis", Ramasamy Natarajan, 1ed, Editorial Marcel Dekker 2002.

3. "Análisis y diseño de sistemas eléctricos para plantas industriales" Irwin Lazar, 1ed, Editorial Limusa 1990. 

Descarga:

Calculo de Arranque de Motor en Excel