Un arrancador de media tensión es la celda que conecta, protege y arranca un motor de varios kilovoltios. Su base es un contactor en vacío con fusibles limitadores y un relé de protección de motor; según la red y la carga, el arranque es directo o con tensión reducida por autotransformador, reactor, arrancador suave de tiristores o variador. En media tensión los contactores se rigen por IEC 62271-106 y, como no interrumpen cortocircuitos grandes, se coordinan con fusibles.
Qué es un arrancador de media tensión
Los motores grandes de una planta (bombas, compresores, ventiladores de tiro, molinos) se alimentan en media tensión, por ejemplo a 4,16 kV, 6,6 kV o 13,8 kV según el país y la planta. El arrancador de media tensión es la celda o el conjunto de celdas que los conecta a la barra, los arranca y los protege. En muchos casos forma parte de un centro de control de motores (CCM) de media tensión.
Sus partes típicas:
- Seccionador de aislamiento con enclavamiento mecánico, para trabajar en la celda sin tensión.
- Fusibles limitadores de corriente para cortocircuitos altos. Vea fusible de media tensión.
- Contactor en vacío, que hace las maniobras de arranque y parada y abre por orden del relé. Vea contactor de media tensión.
- Transformadores de corriente (y en muchos casos uno de núcleo balanceado para falla a tierra) y un transformador de control.
- Relé de protección de motor, con modelo térmico y funciones de arranque. Vea relé de protección de motor.
- En arranque con tensión reducida, el equipo de arranque: autotransformador, reactor, tiristores o variador.
La norma de los contactores y arrancadores con contactor de más de 1 kV es IEC 62271-106, que también aclara que el contactor, en general, no tiene capacidad de interrupción de cortocircuito suficiente y se combina con un dispositivo de protección. El conjunto de la celda sigue además la norma de celdas metálicas (IEC 62271-200).
Tipos de arranque en media tensión
| Tipo | Cómo reduce el arranque | Cuándo se usa |
|---|---|---|
| Directo (a plena tensión) | No lo reduce: corriente de rotor bloqueado completa | Red fuerte frente al motor; el más simple |
| Autotransformador abierto | Tensión reducida por taps; desconexión breve al pasar a plena tensión | Hoy poco usado por su transitorio |
| Autotransformador Korndorfer (transición cerrada) | Tensión reducida por taps; el motor no pierde la alimentación en el cambio | Motores grandes en red débil con carga de par moderado |
| Reactor en serie | Caída de tensión en el reactor durante el arranque | Arranques sencillos; la tensión se recupera con la velocidad |
| Arrancador suave de tiristores | Rampa de tensión controlada y derivación en régimen | Bombas, ventiladores, compresores de velocidad fija |
| Variador de media tensión | Frecuencia y tensión variables, corriente cercana a la nominal | Velocidad variable o arranque con par alto |
- 01Estrella cerradaSe forma el neutro del autotransformador
- 02Línea cerradaEl motor arranca a tensión reducida por el tap
- 03Apertura de la estrellaEl autotransformador queda como reactor en serie
- 04Marcha cerradaEl motor pasa a plena tensión sin perder la alimentación
- 05Fin del arranqueSe abre la línea del autotransformador
El reductor de tensión (autotransformador, reactor, tiristores) baja la corriente de arranque, pero también el par, que cae aproximadamente con el cuadrado de la tensión. Por eso la elección no se hace solo con el catálogo: se valida con un estudio de arranque de motores que calcula el hueco de tensión y el tiempo de aceleración con cada opción. La comparación entre el arrancador suave y el variador está en arrancador suave o variador de frecuencia.
Cómo se reparte la protección
En un arrancador con contactor y fusible, cada elemento cubre una zona de corriente:
- El relé de motor cubre sobrecarga (49), desbalance (46), rotor bloqueado y arranque prolongado, falla a tierra y, en muchos casos, la sobrecorriente de fases hasta el límite que el contactor puede interrumpir.
- Los fusibles despejan los cortocircuitos por encima de ese límite. El relé no debe ordenar al contactor que abra una corriente mayor que su capacidad; muchos relés de motor bloquean el disparo por el contactor por encima de un umbral y dejan actuar al fusible.
- La curva del fusible debe soportar la corriente y el tiempo de arranque, y los arranques repetidos, sin envejecer.
Esta coordinación se dibuja en un solo gráfico tiempo-corriente con la curva del motor, la del relé, la del fusible y el límite del contactor. Es parte del estudio de coordinación de protecciones.
Pruebas y puesta en servicio
Un arrancador nuevo, o uno que vuelve de mantenimiento, se prueba antes de arrancar el motor:
- Contactor: resistencia de contactos, tiempos de cierre y apertura, verificación de la integridad del vacío y tensión soportada.
- Celda: resistencia de aislamiento, enclavamientos, funcionamiento del seccionador y de la puesta a tierra.
- CT y cableado: polaridad, relación y continuidad.
- Relé: inyección secundaria de cada función y prueba funcional del disparo al contactor. Vea inyección secundaria.
- Arranque real: registro de corriente, tensión y tiempo, comparado con lo que supuso el estudio.
El motor tiene sus propias pruebas de aislamiento, devanados y espiras, descritas en pruebas a motores de media tensión.
Fallas comunes
- Fusible mal seleccionado que se funde en arranques repetidos sin que haya falla.
- Contactor con desgaste de contactos por un número de maniobras mayor que el previsto.
- Relé con ajustes de un motor anterior o con el tiempo de arranque supuesto.
- Autotransformador o reactor sobrecalentado por arranques demasiado seguidos.
- Enclavamientos alterados que permiten abrir la puerta con tensión.
Qué definir al especificarlo
- Tensión y corriente del motor, potencia de cortocircuito de la barra y corriente de falla que deben soportar celda y fusibles.
- Método de arranque, con el resultado del estudio de arranque.
- Número de arranques por hora y régimen de servicio del contactor (cantidad de maniobras esperadas).
- Contactor retenido mecánicamente o eléctricamente: el retenido mecánico no se abre si falta la tensión de control; el eléctrico sí, lo que sirve como protección de baja tensión.
- Relé de motor con las funciones que el motor necesita y su comunicación con el sistema de control.
- Clasificación de arco interno de la celda cuando el personal opera cerca de ella.
Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group
Nuestro equipo hace la puesta en servicio de arrancadores y motores de media tensión en Colombia: pruebas al contactor, la celda y el relé, verificación de la coordinación con los fusibles y acompañamiento del primer arranque con registro. Si el relé del motor necesita ajustes nuevos, los cargamos en sitio o con configuración remota de relés. Vea nuestro servicio de pruebas y puesta en servicio y el de pruebas a motores, y escríbanos por contacto.
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Referencias
- IEC 62271-106, High-voltage switchgear and controlgear – Part 106: Alternating current contactors, contactor-based controllers and motor-starters.
- IEC 62271-200, High-voltage switchgear and controlgear – Part 200: AC metal-enclosed switchgear and controlgear for rated voltages above 1 kV and up to and including 52 kV.
- IEEE C37.96, IEEE Guide for AC Motor Protection.
- IEEE 3002.7, IEEE Recommended Practice for Conducting Motor-Starting Studies and Analysis of Industrial and Commercial Power Systems.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre un arrancador por autotransformador abierto y uno Korndorfer?
En el abierto, el motor se desconecta un instante al pasar de la tensión reducida a la plena, lo que produce un transitorio de corriente y par. En el Korndorfer (transición cerrada) el autotransformador queda como reactor en serie durante el cambio, de modo que el motor nunca pierde la alimentación y el transitorio es mucho menor.
¿Por qué un arrancador de media tensión lleva fusibles si ya tiene relé?
Porque el contactor en vacío está hecho para muchas maniobras con corrientes de carga y de arranque, no para interrumpir cortocircuitos altos. Los fusibles limitadores despejan los cortocircuitos grandes; el relé de motor, a través del contactor, se encarga de sobrecargas, desbalance, rotor bloqueado y fallas pequeñas.
¿Qué pruebas se hacen a un arrancador de media tensión?
Al contactor, resistencia de contactos, tiempos y verificación del vacío o tensión soportada; a la celda, aislamiento y enclavamientos; al relé, inyección secundaria y prueba funcional del disparo; y en la puesta en servicio, el arranque real con registro de corriente y tiempo.