Requisitos NEC para instalaciones de motores eléctricos

Antecedentes y detalles sobre el diseño de sobrecorriente de dos etapas para permitir que las cargas del motor se inicien sin comprometer la protección contra sobrecargas.

Al cablear un circuito derivado o un alimentador para cualquier carga eléctrica, el electricista debe proporcionar protección contra cortocircuitos, fallas a tierra y sobrecargas. Esto normalmente toma la forma de un disyuntor o fusible instalado en the source del circuito, en una placa de calle o en un centro de carga.

La clasificación de este dispositivo de sobrecorriente está determinada por el tamaño y la naturaleza de la carga eléctrica, y esta clasificación, a su vez, determina el tamaño de los conductores de suministro que se utilizarán, sujeto a la corrección de la temperatura ambiente y los factores de ajuste (que se aplicarán cuando más de tres conductores portadores de corriente están presentes en un solo conducto o cable o cuando los alambres están agrupados).

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Después de leer este artículo, debería haber aprendido sobre:
♦ En qué se diferencia la protección contra sobrecorriente para motores de la protección contra sobrecorriente para otras cargas eléctricas
♦ La información importante que se encuentra en la placa de identificación del motor
♦ Cuando la corriente de carga completa como se muestra en la placa de identificación del motor no se puede usar para dimensionar la protección contra sobrecorriente
♦ El significado de rotor bloqueado que indica letras de código
♦ Controlador de motor específico y requisitos de desconexión

Todo esto se detalla en el Código Eléctrico Nacional (NEC), que tiene jurisdicción en los EE. UU., Venezuela, México y algunos otros países; el Código Eléctrico Canadiense; las Reglas de cableado conjuntas de Australia y Nueva Zelanda; mandatos promulgados por la Comisión Electrotécnica Internacional para países europeos y otros lugares; y en otros códigos promulgados en todo el mundo.

Los cálculos de ampacidad, que determinan el tamaño de los conductores necesarios para suministrar una carga determinada, son el concepto más fundamental en todas las instalaciones de cableado. La idea básica es que la corriente eléctrica que fluye a través de cualquier conductor produce calor de acuerdo con la fórmula I2R, donde I es igual a la corriente en amperios, y R es igual a la resistencia en ohmios. La resistencia depende del material (generalmente cobre o aluminio) y del tamaño. Un cable de mayor diámetro tiene menos resistencia por unidad de longitud y es más capaz de disipar el calor sin un aumento de temperatura peligroso.

Los eventos de temperatura excesiva repetidos a lo largo del tiempo dañarán el aislamiento eléctrico del cable. Una mayor cantidad de calor puede hacer que los cables enciendan material combustible cercano, por lo que es importante que el tamaño de la carga, el tamaño del cable y la protección contra sobrecorriente se coordinen de manera precisa y consistente para que no exista una condición peligrosa.

Los cálculos son sencillos. Las ampacidades de diferentes tamaños de conductores junto con el material del cable, el tipo de aislamiento y los detalles de instalación (ya sea en conductos o aéreos, por ejemplo) se dan en las Tablas NEC 310.15 (B) (16) a 310.60 (C) (86). El número de American Wire Gauge indica todos los cables eléctricos de un tamaño determinado y se refiere al diámetro de un conductor, pero también son importantes otras propiedades (en particular, el tipo de aislamiento).

Este procedimiento es aplicable para cargas eléctricas ordinarias. Aunque se utilizan las mismas tablas, la elección y ubicación de los dispositivos de sobrecorriente es radicalmente diferente para los motores. Esto se debe a su alto par de arranque.

La mayoría de las cargas eléctricas, incluidas las bombillas incandescentes comunes, consumen más corriente durante aproximadamente un segundo al arrancar, antes de estabilizarse al nivel nominal. En el caso de los motores eléctricos, esta alta corriente inicial es considerablemente más pronunciada en comparación con otras cargas. Hay más amperios y el período de alta corriente es de mayor duración. El problema que esto causa es que si la protección de corriente del motor se dimensiona y se coloca de acuerdo con las reglas para cargas que no son del motor (que consumen menos corriente de arranque que las cargas del motor), típicamente, el disyuntor se dispararía antes de que el motor obtuviera la velocidad nominal, haciendo que la instalación inutilizable. El dilema es que si se aumenta el tamaño del circuito con interruptores de mayor potencia (por lo tanto, menos sensibles), el motor no estará protegido contra sobrecargas. Esto sin mencionar el aumento del costo de instalación resultante.

Fondo

Se ha ideado una ingeniosa solución de sobrecorriente de dos etapas para cargas de motor para permitir que las cargas de motor arranquen sin comprometer la protección contra sobrecargas. Este artículo describe este procedimiento en detalle, pero primero detallará algunos antecedentes. El “Artículo 2016, Motores, circuitos de motor y controladores” de 430 de NEC contiene normas relevantes para el diseño y la instalación de circuitos de motor. Es bastante detallado (el artículo más largo de NEC, excepto el “Artículo 250, Grounding”). Se debe enfatizar que, al hacer un diseño e instalación de un circuito de motor grande, es necesario hacer referencia a muchos artículos de NEC que no son de motor, como el “Artículo 110, Requisitos para instalaciones eléctricas” y los Artículos 320-399, que contienen especificaciones. , procedimientos de instalación y usos permitidos y no permitidos para todos los cables y conductos de conducción reconocidos.

Un requisito subyacente para todas las instalaciones es que los conductores que alimentan un solo motor utilizado en una aplicación de servicio continuo deben tener una ampacidad de no menos del 125% de la corriente nominal de carga completa del motor.

Diseño

Para cablear motores eléctricos con éxito, independientemente del tamaño, es esencial mirar la placa de identificación. NEC requiere que todos los motores, con la excepción de los motores de CC fraccionales de 7 pulg. O menos de diámetro, tengan una placa de identificación que contenga la información especificada. Para la mayoría de los motores, esto incluye:

• Nombre del fabricante
• Voltios nominales y corriente de carga completa: para un motor de varias velocidades, corriente de carga completa para cada velocidad, excepto los motores de condensador de división permanente y de polo sombreado donde se requieren amperios solo para la velocidad máxima.
• Frecuencia nominal y número de fases (si es un motor de CA)
• Velocidad nominal a plena carga
• Aumento de temperatura nominal, o la clase del sistema de aislamiento y la temperatura ambiente nominal.
• Clasificación de tiempo: 5, 15, 30 o 60 min. O continuo.
• Caballos de fuerza nominales para un motor de velocidades múltiples de 1/8 hp o más: caballos de fuerza nominales para cada velocidad, excepto los motores de condensador de polos sombreados y de división permanente, los caballos de fuerza nominales se requieren solo para la velocidad máxima. No se requiere que los motores de los soldadores de arco estén marcados con clasificaciones de caballos de fuerza.
• Letra de código o amperios de rotor bloqueado si un motor de CA tiene una potencia nominal de 1/2 hp o más; en motores polifásicos de rotor bobinado, se debe omitir la letra del código.
• Letra de diseño para motores de diseño B, C o D
• Tensión secundaria y corriente a plena carga si se trata de un motor de inducción de rotor bobinado
• Corriente y voltaje de campo para motores síncronos excitados por CC
• Devanado: derivación recta, derivación estabilizada, compuesta o en serie, si es un motor de CC
• Un motor provisto de un protector térmico que cumpla con 430.32 (A) (2) o (B) (2) debe estar marcado como “Térmicamente protegido”.
• Un motor que cumpla con 430.32 (B) (4) debe estar marcado como "Impedancia protegida".
• Los motores equipados con calentadores de prevención de condensación accionados eléctricamente deben marcarse con el voltaje nominal del calentador, el número de fases y la potencia nominal en vatios.

La placa de identificación generalmente está hecha de acero y está remachada a la carcasa del motor, por lo que es poco probable que falte. Sin embargo, en un motor antiguo, debido al desgaste, la marca puede ser difícil de leer. Si la placa de identificación está ligeramente lijada y una luz brillante se dirige en un ángulo oblicuo a través de ella, las letras generalmente se pueden hacer legibles con la ayuda de una lupa.

Para la mayoría de las instalaciones, la información más importante en la placa de identificación es la potencia nominal. A diferencia de otros tipos de cargas eléctricas, los caballos de fuerza (en lugar de la corriente de carga completa) se utilizan para dimensionar el circuito y elegir protección contra cortocircuitos, fallas a tierra y sobrecargas.

La letra del código o los amperios de rotor bloqueado constituyen otra información importante en la placa de identificación. Esto se proporciona para un motor de 1/2 hp o más. (Debe omitirse en los motores polifásicos de rotor bobinado). Los amperios de rotor bloqueado se refieren a la cantidad de corriente consumida cuando el rotor no puede girar. Esto podría deberse a cojinetes atascados, una carga atascada o demasiado pesada para el motor, o un mal funcionamiento de la transmisión de potencia. Otra causa podría ser un voltaje reducido o una caída de fase en los terminales del motor.

Las letras de código que indican el rotor bloqueado se aclaran en la "Tabla 2016 (B), Letras de código que indican el rotor bloqueado" de NEC de 430.7. En las secciones AV, excluyendo I, cada letra representa un rango de kilovoltioamperios por caballo de fuerza con rotor bloqueado. Estos valores son una medida inversa de la cantidad de impedancia exhibida por el motor en cuestión con rotor bloqueado. El kilovoltio-amperio mínimo por caballo de fuerza con rotor bloqueado se indica con la letra de código A, que corresponde a un rango de valores de 0-3.14. Esto indicaría un motor de impedancia relativamente alta. En el otro extremo de la escala está la letra de código V, que indica un motor con una potencia de rotor bloqueado de 22.4 kilovoltios-amperios y más por caballo de fuerza. Esto indicaría un motor de impedancia relativamente baja.

Como se indicó anteriormente, las cargas que no son de motor están protegidas por un solo dispositivo de sobrecorriente ubicado en el extremo aguas arriba del circuito derivado. El dispositivo protege los conductores del circuito derivado de una corriente excesiva causada por un cortocircuito o una falla a tierra. También protege este cableado y el equipo conectado de daños causados ​​por sobrecarga. Para evitar que un circuito de motor se dispare antes de que el motor alcance la velocidad de operación y el nivel de corriente se estabilice, se permite que la protección del circuito derivado en un circuito de motor sea mucho más alta que para una carga que no es del motor. Este dispositivo de sobrecorriente de alto nivel (menos sensible) protegerá los conductores de suministro del circuito derivado de daños en caso de una falla repentina y catastrófica de línea a línea o de línea a tierra, pero no se disparará en el caso de una sobrecarga de nivel inferior y de acción más lenta en el motor.

En consecuencia, se requiere una protección de sobrecarga separada en el motor. Esto es lo que se entiende por protección contra sobrecorriente de dos etapas, que todos los motores eléctricos deben tener.

Por lo general, para motores pequeños, el electricista, con el libro de códigos en la mano, diseña en el campo y construye todo el circuito, incluido el tamaño de los conductores y el sistema de sobrecorriente completo, junto con los controladores y desconectadores que se necesiten. Los circuitos de motor más grandes suelen ser diseñados por un ingeniero eléctrico antes de la construcción. Todos los detalles, incluidos los tamaños de los conductores y conductos, el enrutamiento, las clasificaciones de protección contra sobrecorriente, etc., se muestran en los planos y (preferiblemente) se verifican por un tercero y en consulta con el fabricante.

En todos los casos, los tamaños de los conductores y los tipos y capacidades nominales del sistema de sobrecorriente pueden derivarse del código NEC de 2016, especialmente el artículo 430. (“Artículo 440, Equipos de aire acondicionado y refrigeración” y “Artículo 445, Generadores”, cubren temas relacionados). . Esto puede requerir un escrutinio y experiencia considerables, ya que el código no es un libro de instrucciones o un manual para personas no capacitadas, sino más bien un volumen que contiene especificaciones técnicas que presuponen conocimientos previos, así como competencia matemática. El cálculo y la trigonometría generalmente no son necesarios, pero muchas ecuaciones algebraicas son parte del cuadro, y la capacidad de interpretar tablas y extraer y aplicar datos con precisión es esencial. Un error puede significar un infierno de fuego en el futuro.

La primera tarea en el diseño de un circuito de motor, si el motor es adecuado para la carga, se han elegido condiciones ambientales y de servicio anticipadas (intermitentes o continuas), es dimensionar la protección de sobrecarga del motor. Para motores de servicio continuo con una potencia nominal de más de 1 hp, un recurso común es un dispositivo de sobrecarga separado. Este se dimensiona de acuerdo con el factor de servicio y el aumento de temperatura. Debe seleccionarse para disparar, o tiene una clasificación de no más del 125% de la clasificación de corriente de carga completa de la placa de identificación del motor para motores marcados con un factor de servicio de 1.15 o más, o marcados con un aumento de temperatura de 40 ° C. o menos. Para todos los demás motores, el dispositivo debe seleccionarse para dispararse o clasificarse a no más del 115% de la corriente de carga completa de la placa de identificación del motor.

Se permiten otros métodos alternativos para la protección contra sobrecargas de motores de servicio continuo de más de 1 hp. Uno de ellos es el protector térmico. Este protector térmico es integral con el motor y debe estar aprobado para su uso. Protege sobre la base de que evitará un sobrecalentamiento peligroso del motor debido a una sobrecarga y una falla en el arranque. La corriente de disparo final de un motor protegido térmicamente no debe exceder los siguientes porcentajes de corriente de carga completa del motor que se indican en las Tablas 430.248, 430.249 y 430.250:

• Corriente a plena carga del motor 9 A o menos: 170%
• Corriente a plena carga del motor desde 9.1 hasta 20 A inclusive: 156%
• Corriente a plena carga del motor superior a 20 A: 140%

Si el dispositivo de interrupción de la corriente del motor está separado del motor, y su circuito de control es operado por un dispositivo de protección integral con el motor, debe estar dispuesto de manera que la apertura del circuito de control resulte en la interrupción de la corriente al motor. .

Observe que en el primer método de protección contra sobrecargas, donde se usa un dispositivo de sobrecarga separado, se usa la corriente de carga completa de la placa de identificación. En el segundo método, por el contrario, la corriente a plena carga no se toma de la placa de identificación, sino que se extrae de las Tablas 430.248, 249 y 250. Estas tres tablas se encuentran al final del Artículo 430 y proporcionan un método diferente para encontrar -corrientes de carga para motores. En todos los casos a lo largo del Artículo 430, es importante utilizar el método correcto para determinar la corriente a plena carga. En realidad, hay cuatro de estas tablas si se incluye la Tabla 430.247 (para motores de CC). La tabla 430.248 es para motores de CA monofásicos. La tabla 430.249 es para motores de CA bifásicos, una forma de distribución eléctrica que se usa raramente. La tabla 430.250 es para motores de CA trifásicos, una aplicación muy común.

Otra alternativa para la protección contra sobrecargas es un dispositivo de protección integrado con el motor. Esto está permitido cuando el motor es parte de un conjunto aprobado que normalmente no somete al motor a sobrecargas.

Cuando el motor tiene más de 1,500 caballos de fuerza, se permite el funcionamiento de un dispositivo de protección que tenga detectores de temperatura integrados que provoquen la interrupción de la corriente al motor cuando el motor alcanza un aumento de temperatura mayor que el marcado en la placa de identificación en una temperatura ambiente de 40 ° C. la función protectora.

La “Parte IV, Protección contra cortocircuitos a tierra y cortocircuitos en el circuito derivado del motor” especifica los dispositivos y sus clasificaciones destinados a proteger el motor y los periféricos, incluidos los conductores del circuito derivado, de daños debidos a cortocircuitos y fallas a tierra. Se permite que las clasificaciones de corriente sean mucho más altas que para los circuitos sin motor. De lo contrario, se dispararían durante el inicio. Se establece claramente que para todos los motores, el dispositivo de protección contra cortocircuito y falla a tierra en el circuito derivado debe ser capaz de transportar la corriente de arranque del motor.

La tabla 430.52 facilita este cálculo. La columna de la izquierda de esta tabla esencial consta de una lista de siete tipos de motores. La fila superior consta de cuatro tipos de dispositivos de sobrecorriente. Las celdas de la tabla contienen porcentajes de corriente de carga completa, especificando las clasificaciones o configuraciones máximas de los dispositivos de protección de cortocircuito y falla a tierra en el circuito derivado. Los valores son sorprendentemente altos. Por ejemplo, para un motor de diseño B de eficiencia energética, si se utiliza un disyuntor de disparo instantáneo, la configuración puede ser 1,100% de la corriente a plena carga. Aquí, nuevamente, las corrientes de carga completa deben tomarse de las Tablas 430.247-430.250, a diferencia de la placa de identificación del motor.

El código NEC 2016 requiere que todos los motores tengan controladores y desconectores. Para algunos motores, pueden ser el mismo dispositivo o pueden estar en el mismo gabinete. Para motores pequeños, será suficiente el disyuntor en la placa de calle o en el centro de carga, o una conexión de cable y enchufe.

Los controladores de motor están cubiertos en la Parte VII, y los medios de desconexión del motor están cubiertos en la Parte IX del Artículo 430. Se permite que los medios de desconexión del circuito derivado sirvan como controlador para motores estacionarios de 1/8 hp o menos que normalmente se dejan en funcionamiento y Construido para no dañarse por sobrecarga o falta de arranque, como por motores de reloj. Para motores portátiles con una potencia nominal de 1/3 hp o menos, se permite que el controlador sea un enchufe y receptáculo de conexión o un conector de cable. En todos los casos, el controlador debe ser capaz de arrancar y detener el motor y ser capaz de interrumpir la corriente de rotor bloqueado del motor.

Un motor estacionario con una potencia nominal de 2 hp o menos y que funciona a 300 V o menos puede tener un controlador que consista en un interruptor de uso general que tenga una clasificación de amperios no menor al doble de la clasificación de corriente de carga completa del motor, o bien, en Circuitos de CA, un interruptor a presión de uso general adecuado solo para uso en CA (no un interruptor a presión de CA / CC de uso general) donde la corriente de carga completa del motor no es más del 80% de la clasificación de amperios del interruptor.

El código NEC 2016 establece que no se requiere que el controlador abra todos los conductores del motor, a menos que también sirva como medio de desconexión, en cuyo caso debe abrir todos los conductores sin conexión a tierra del motor.

Los medios de desconexión deben poder desconectar motores y controladores del circuito. Cada controlador debe tener sus propios medios de desconexión, que deben estar a la vista desde la ubicación del controlador. (Existen algunas excepciones a ambos requisitos. Por ejemplo, cuando un grupo de controladores coordinados impulsa varias partes de una sola máquina, una desconexión puede servir a todos los controladores).

Los medios de desconexión del controlador pueden servir como medios de desconexión para el motor si está a la vista de la ubicación del motor y la ubicación de la maquinaria accionada. El medio de desconexión es para abrir todos los conductores de suministro sin conexión a tierra y debe diseñarse de modo que ningún poste pueda funcionar de forma independiente. Se permite que los medios de desconexión estén en el mismo recinto que el controlador y deben diseñarse de manera que no se puedan cerrar automáticamente. Debe indicar claramente si está abierto o cerrado. Al menos un medio de desconexión debe ser fácilmente accesible.

Para circuitos de motor con capacidad nominal de 1,000 V o menos, el medio de desconexión debe tener una clasificación de amperios no menor al 115% de la clasificación de corriente de carga completa del motor.

La Parte X del Artículo 2016 del NEC 430 cubre los sistemas de transmisión de velocidad ajustable. Establece que los conductores de circuito que alimentan el equipo de conversión de energía deben tener una ampacidad no menor al 125% de la corriente nominal de entrada al equipo de conversión de energía. Se deben proporcionar sobrecargas de motor individuales para una aplicación de varios motores.

Este artículo ha examinado algunos de los requisitos básicos de NEC para instalaciones de motores. Otros requisitos, que modifican los del Artículo 430, se encuentran en el “Artículo 620, Ascensores, Montaplatos, Escaleras mecánicas, Pasarelas móviles, Plataformas elevadoras y Telesillas de escalera”. En este artículo, hay una amplia cobertura de las instalaciones grupales, que son bastante comunes en edificios de gran altura con ascensor.

Servicio. De particular importancia son los requisitos relacionados con los métodos de cableado permitidos en la sala de máquinas, el hueco del ascensor y la cabina. La Sección 620.21 (A) (4) analiza los métodos de cableado en el conjunto de contrapeso y la Parte V cubre el cable móvil.

Renuncia de responsabilidad:

Cabe destacar que la información de este artículo es una descripción general, destinada a presentar algunos requisitos de diseño e instalación del motor desde el punto de vista de la seguridad. Si se contempla una nueva instalación o trabajo de reparación, se debe revisar el texto completo del código para garantizar el cumplimiento total y un producto final seguro.

Preguntas de refuerzo del aprendizaje

Utilice las siguientes preguntas de refuerzo del aprendizaje para estudiar para el Examen de evaluación de educación continua disponible en línea en www.elevatorbooks.com o en la p.191 de este número.
♦ ¿Cómo se dimensiona la protección contra sobrecorriente para motores?
♦ ¿Cómo se determinan los tamaños de los conductores para los motores?
♦ ¿Cuál es el propósito de un controlador de motor?
♦ ¿Cuáles son los requisitos para ubicar una desconexión de motor?
♦ ¿Cómo se determina el tamaño del circuito para un motor de velocidad ajustable?