Os motores de média tensão são amplamente utilizados em processos industriais pesados como metalurgia, mineração e siderurgia. Normalmente esses equipamentos trabalham com tensão até 69kV sendo que na média tensão normalmente é visto com tensões de 4kV, 6kV e 13,2kV. As considerações feitas nesse artigo serão referentes a motores de corrente alternada de indução.
Equipamento utilizados na proteção
Os motores de indução são compostos de 2 partes construtivas principais: o estator e o rotor. Essas duas partes devem ser protegidas de forma individual pois a falha de algum deles pode levar a impossibilidade de utilização do motor. Segundo Schulman e Godsey 33% das falhas em motores são elétricas, 31% são mecânicas e 35% são devidas ao ambiente, manutenção e outras razões. É importante reforçar que para isso existem proteções focadas em cada uma das partes principais do motor para evitar que essas falhas aconteçam.
Existem dois tipos de arranjos possíveis para proteção de motores:
– Contator + Fusível com relé de proteção
– Disjuntor acionado com relé de proteção
Vamos entender as características de cada arranjo.
Contator + Fusível com Relé de Proteção
Esse arranjo é utilizado para proteção do motor. Dessa forma o fusível é utilizado para a proteção do motor contra curto-circuito ficando a cargo do relé de proteção realizar as demais proteções. Importante mencionar que para esse arranjo, deve ser bloqueado as funções de sobrecorrente instantânea de fase e de neutro no relé de proteção.
Em sistemas onde o neutro é limitado por resistência de baixo valor ôhmico, pode ser aplicado a função 51GS para alarmes ou trip.
Para abrir um contator deve-se desenergizar sua bobina de acionamento. Portanto o contato de TRIP do relé de proteção é do tipo NF e conectado em série com a bobina do contator, justamente para atingir esse objetivo.
Disjuntor com Relé de Proteção
Esse arranjo também é utilizado para a proteção do motor de média tensão. Dessa forma, todas as funções de proteção são implementadas no relé e atua sobre o disjuntor interrompendo a corrente do circuito.
Para abrir o disjuntor deverá sem colocado em série com a bobina de abertura um contato NA do relé de proteção.
Principais Funções de Proteção.
As funções de proteção empregadas visam preservar a vida útil do rotor e do estator. Para isso são realizadas diversas funções de proteção conforme visto anteriormente no qual vamos falar um pouco mais a seguir.
Função 27 – Subtensão
A função de subtensão normalmente não é utilizada nos relés dos circuitos terminais de cada motor. Na maioria das vezes, essa função é utilizada na proteção de entrada do CCM como retaguarda para as demais proteções, já que se trata de um problema mais sistêmico do que do equipamento propriamente dito. O motor de indução tem o seu funcionamento da seguinte forma:
– Na partida: Carga do tipo Impedância constante, ou seja, quanto menor a tensão aplicada ao motor menor a corrente de partida.
– Após operação(regime): Carga do tipo Potência Constante, ou seja, quanto menor a tensão maior a corrente.
A ocorrência de subtensão após o motor ter entrado em regime resulta em alguns problemas para os motores como aumento da corrente e redução do torque que pode resultar no travamento do rotor. Essa proteção deve ser ajustada de forma a eliminar subtensões abaixo da permitida.
Exemplo de ajuste:
Pickup: 80% de Vn
Tempo: 5s
Função 37 – Subcorrente
Essa proteção pode soar estranho ao primeiro momento, mas é muito importante para alguns tipos de motores, como bombas, ventiladores ou correias transportadoras. Ela tem o objetivo de evitar o sobreaquecimento devido a pouca refrigeração do motor para momentos de cargas baixas, originado por exemplo por perda de sucção em bombas, perda de fluxo de ar em ventiladores ou rompimento brusco de uma correia. O ajuste deve ficar acima da corrente a vazio do motor que normalmente fica na faixa de 0,3.
Exemplo de Ajuste:
Pickup: 0,4 da Nominal do Motor
Tempo: 3,5s
Função 38 – Relé de Temperatura de Mancal
Essa função de proteção tem o objetivo de medir a temperatura em diversos pontos do motor para verificar se o limite da classe de isolamento do equipamento foi superado. Para a medição de temperatura são utilizados RTD’s, como o PT100, instalados nos enrolamentos e nos mancais traseiros e dianteiro.
Função 46 – Sobrecorrente de Sequência Negativa
Essa função de proteção tem o objetivo de evitar a circulação de corrente de sequência negativa no motor, visto que essa cria um torque frenante que resulta no aumento da temperatura do motor. Como o motor de indução é uma carga equilibrada, a circulação de corrente de sequência negativa pode indicar algum defeito no sistema (perda de fase ou falha em um condutor) ou na própria máquina, devendo ser observado para evitar a perda de vida útil do motor.
Exemplo de Ajuste:
-Pickup: 15% da Nominal do Motor
– Tempo de Atuação 5s.
Função 48 /51LR – Sequência Incompleta de Partida / Proteção de Rotor Bloqueado
Essas proteções tem o mesmo objetivo que é evitar o funcionamento do motor com o rotor bloqueado. A diferença entre as proteções é o momento em que a proteção pode atuar, sendo uma no momento da partida (48) e outra após o motor ter entrado em funcionamento(51LR). O travamento do rotor do motor faz com que aumente a corrente do equipamento e consequentemente a temperatura, levando a máquina a queima caso essa corrente permaneça por um tempo superior à sua suportabilidade.
Função 49 – Relé de Sobrecarga Térmica
Essa proteção é utilizada contra uma sobrecarga no motor. Como essa proteção está associada a temperatura do motor, existem alguns estágios ou modos de operação que irão contribuir para a elevação dessa grandeza que devem ser levadas em consideração. Temos então:
– Rotor Bloqueado
– Motor em Aceleração
– Motor em Regime
Essa função pode ser implementada de forma medida utilizando RTD’s ou de forma calculada utilizando um modelo térmico equivalente. Cada fabricante tem uma equação que deverá ser consultada no manual para saber o equacionamento e ajuste da proteção.
Normalmente ajusta-se a corrente de partida dessa função o mais próximo possível da nominal (1,00 a 1,05 x In), podendo ser levado o fator de serviço do motor em consideração se for desejado. Pelo fato da grandeza de referência ser a temperatura, as constantes de aquecimento e resfriamento do motor irão influenciar na atuação da proteção considerando os ciclos de operação do motor.
Função 50 – Sobrecorrente Instantânea
Essa proteção é utilizada para eliminar curto-circuito envolvendo as fases. Para coordenar a proteção, deve-se ajustar o pick-up dessa proteção acima da corrente de partida do motor. Um valor comumente adotado para essa função é de 1,5 a 1,8 vezes a corrente partida. Lembrando que essa proteção não deverá ser habilitada quando for utilizado contator.
Função 50BF – Falha do Disjuntor
Essa função deve ser utilizada para em caso de falha na abertura do contator ou disjuntor do circuito do motor, abrir o disjuntor geral do CCM para interromper a alimentação do equipamento em falta.
Função 50GS – Sobrecorrente Instantânea Ground Sensor
Essa função de proteção é adotada para realizar a proteção do circuito contra fases que envolvam a terra. O seu ajuste irá depender do tipo de aterramento do sistema e não deve ser adotado quando houver contator fusível.
Função 66 – Número de Partidas
Essa função deve impedir as tentativas de partidas sucessivas do motor, pois essa prática pode levar o equipamento a queima devido o excesso de elevação de temperatura. Normalmente é configurado um número máximo de partidas a frio e quente, devendo seguir o descrito no datasheet do equipamento.
Conclusão
É fundamental realizar a proteção dos motores de média tensão de maneira adequada para preservar a vida útil do equipamento, já que esses equipamentos são caros e muito importante para o processo industrial que está inserido, visto que normalmente aciona cargas ou blocos de cargas bem importantes.
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