Arranque de Motores.pdf

MANUAL DEL ETAP
PARA ARRANQUE DE MOTORES
ELABORADO POR: Ing. Isbel C. Arcay P.
Prohibida su reproducción

INDICE
1.- Entrada de Datos para Arranque Dinámico (Utilizando la Librería del
ETAP).
2.- Modelos del Motor para Arranque Dinámico.
3.- Entrada de Datos para Arranque Dinámico (Utilizando Información
Suministrada por el Fabricante).
4.- Módulo de Arranque de Motores.
5.- Explicación de Arranque Normal/Transición y Eléctrico/Mecánico.
6.- Equipos para Arranque de Motores.
7.- Entrada de Datos y Arranque Estático.
8.- Arranque de Varios Motores.

1.- ENTRADA DE DATOS
PARA ARRANQUE DINÁMICO
(UTILIZANDO LA LIBRERÍA DEL ETAP)

A fin de realizar un estudio de arranque de motores, se deberá agregar desde
el editor del ETAP (“el lápiz”) el motor o los motores que se deseen arrancar.
Del lado izquierdo se tienen los motores de inducción y del lado derecho los
motores sincrónicos.
En el ejemplo se agregó un motor de inducción.

Una vez que se agrega el motor, se
da “doble click” en el mismo y
aparece esta pantalla. Se busca la
carpeta “Nameplate” y se coloca la
capacidad del motor (HP o kW).
Nótese que si se toca “HP” cambia a
“kW” y viceversa.
Para el ejemplo se agregó un motor
de 1000 HP.
Una vez que se coloca el valor de
“1000” en HP, se toca con el “mouse”
en cualquier ventana, y aparecerán
valores típicos de la librería del
ETAP para %PF (factor de potencia)
y %Eff (eficiencia) según la
capacidad del motor seleccionada.

Luego se pasa a la carpeta “Model”
para colocar el modelo del motor a
utilizar en el arranque dinámico.
En el ETAP se puede hacer de tres
formas:
- Por “Parameter Estimation”
(Estimación de Parámetros).
- Por “CKT” (Modelo Circuital).
- Por “Charac.” (Características).
En el Capítulo 2, se explicará con
más detalle los dos primeros
modelos.

Para nuestro ejemplo se utilizó
“Charac.” de la librería del ETAP. Al
seleccionarlo haciendo “click” en el
mismo, aparecerá una nueva
pantalla.
En “Design Class” lo que quieren
decir las siglas son:
- HV (“High Voltage”) o LV (“Low
Voltage”).
- HS (“High Speed”) o LS (“Low
Speed”).
- HT (“High Torque”) o LT (“Low
Torque”).

Adicionalmente, el usuario puede basarse para esta escogencia en la Norma
NEMA según el motor a arrancar.
Para nuestro ejemplo tomaremos “HV-HS-HT” y “MV1000HP2P” de la librería del
ETAP.

Al decirle “OK” a la pantalla anterior,
aparecerá esta nueva pantalla.
Los parámetros del motor que
acabamos de agregar aparecerán
como “New” (nuevo) y los
parámetros anteriores es el
“Existing”. Nótese que el “Existing”
corresponde también a un motor de
1000 HP tomado de la librería del
ETAP, pero que los parámetros no
tienen nada que ver con este nuevo
motor que estamos colocando. Por
eso se le deberá dar “Update” para
que actualice los nuevos parámetros
del motor.
También debido a esto, el Flujo de Carga y Cortocircuito sufrirán alteraciones
(por la variación de los parámetros), por lo cual se recomienda que cuando se
tengan que realizar los tres estudios (Flujo de Carga, Cortocircuito y Arranque de
Motores) se coloquen todos los modelos de los motores que se les quiera
realizar el arranque, para posteriormente realizar todos los estudios.

Una vez que se seleccione “Update”,
aparecerá el modelo del motor
escogido.
Note que del lado izquierdo aparece
una tabla con valores punto a punto,
y del lado derecho las curvas
generadas por estos valores punto a
punto.

En la librería del ETAP, para este
motor de 1000 HP en particular, la
actualización de los parámetros en lo
que respecta al %PF para el 100%
de la carga, es incorrecto (ya que el
valor de 16,98 correspondería al
valor del factor de potencia para el
arranque y no para el 100% de la
carga), por lo cual se deberá colocar
el de 92,37 o en su defecto el que
correspondería según el fabricante
(pero como estamos partiendo de la
librería del ETAP, pondremos el de
92,37).

Una vez actualizado el valor de
92,37 en la carpeta de “Nameplate”,
pasamos a la carpeta de “Inertia”.
Para la inercia del motor y de la
carga no existe librería en ETAP, por
lo cual se deberá pedir esta
información al fabricante (lb-ft2 o kg-
m2).
En la Norma ANSI/NEMA MG-1
aparece una fórmula para estimar la
inercia del rotor (sección 14.46) y la
inercia de la carga (sección 21.12).

Cabe destacar que al ETAP se le coloca la inercia del motor y de la carga en
función del sistema de unidades que se escogió al momento de abrir el
proyecto.
Si se abrió como unidades inglesas, la inercia (WR2) se coloca en lb-ft2, pero
si se abrió en unidades métricas, la inercia (WR2) se coloca en kg-m2. Con
esta inercia el ETAP calcula H, mediante la fórmula:

Normalmente la inercia del acople
(“coupling”) es muy pequeña por lo
cual se desprecia.
Cabe destacar que no
necesariamente la carga gira a las
mismas RPM del motor, por lo cual
se deberá tener especial cuidado de
colocar las RPM de la carga con su
respectiva inercia.
La inercia del motor y de la carga es
bien importante, porque es
principalmente la responsable del
tiempo de arranque del motor.
En nuestro ejemplo colocaremos 500
y 250 (valores asumidos) tal y como
se muestra en la lámina.

Una vez colocados los datos de la
inercia, se selecciona la carpeta de
“Load”.
Aquí se deberá colocar el torque de
la carga. El ETAP posee una librería
en función del tipo de carga
seleccionada.
Tanto “Polynomial” como “Load
Model Lib.” muestran lo mismo.
“Curve” se selecciona cuando el
usuario a colocado la curva del
fabricante.

Al seleccionar “Polynomial” o “Load
Model Lib.” aparecerá una nueva
pantalla donde se escogerá el tipo
de carga que moverá el motor.
En nuestro ejemplo,
seleccionaremos “CLSD VALVE”.

El ETAP actualizará la información,
tal y como se muestra en la lámina.
Siempre es importante verificar que
el torque de la carga quede por
debajo (con una cierta holgura) del
torque del motor, para permitir el
arranque del mismo.

En la pestaña “Start Dev” se
colocará el método de arranque que
se utilizará para el motor.
Si se deja “None”, significa que el
arranque será a plena tensión, es
decir, arranque directo.
Los otros métodos de arranque se
explicarán en el Capítulo 6.

En “Start Cat” se colocará si el
arranque es con o sin transición de
carga.
Sin Transición de Carga
Con Transición de Carga

Los nombres del “Starting Category”
los puede cambiar el usuario según
su conveniencia. Y se muestra en la
siguiente lámina, cómo se hace
desde la pantalla principal del ETAP.

Una vez que se selecciona “Starting Category” se cambiará (para
nuestro ejemplo) el nombre de “Backup” por “Transición”, tal y como se
muestra en la siguiente lámina.

Luego nos regresamos a la carpeta
del motor, y observamos la
actualización del nombre.
Para nuestro ejemplo colocaremos
en “Transición” los siguientes
valores: 20, 80, 2 y 4.
Esto significa que el motor arrancará
con un 20% de carga inicial y luego
de que arranque permanecerá así 2
seg. y 2 seg. después (que suma 4
seg., después del arranque) tomará
el resto de la carga hasta llegar a
una carga final de 80%.
En la siguiente lámina se muestra gráficamente.

Is If ts tf
Cabe destacar, que este porcentaje de carga Is e If cambiará dependiendo del
tipo de arranque que se le desee hacer al motor (eléctrico o mecánico), el cual
se explicará en el Capítulo 5.

Normalmente cuando se hace un estudio de arranque de motores no se
utiliza “Transición” de carga. Esta categoría sólo se utiliza cuando el motor
excede el tiempo en el arranque permitido por el fabricante (curva de daño
del motor).
Adicionalmente se debe consultar con la Disciplina de Procesos, si es factible
realizar este esquema de “Transición”, porque no todos los procesos lo
permiten.
Lo que se logra en la categoría “Transición” es reducir el tiempo de arranque
del motor en función de variar la carga durante el arranque del mismo y en un
tiempo definido por el usuario.

2.- MODELOS DEL MOTOR

Si no se tiene información completa
del motor por parte del fabricante, se
puede estimar un modelo de un
motor utilizando el “Parameter
Estimation” (Estimación de
Parámetros).
PARAMETER ESTIMATION

Al seleccionarlo, aparecerá la siguiente
pantalla, donde el usuario deberá tener
al menos los siguientes parámetros de
un motor típico para poder estimar el
modelo del motor a arrancar:
- Corriente a rotor bloqueado.
- Factor de potencia en el arranque.
- Torque inicial.
- Torque máximo.
- Deslizamiento a plena carga.
- Factor de potencia a plena carga.
- Eficiencia a plena carga.
Todos los valores en porcentaje.
Luego de introducir estos parámetros se selecciona “Estimate”.
PARAMETER ESTIMATION (CONT.)

Aparecerá esta nueva pantalla donde
el ETAP pedirá al usuario el nombre
que desea para el archivo de salida (se
puede dejar el mismo nombre), y se le
dice OK.

El ETAP estimará con los parámetros introducidos por el usuario, un motor
modelo circuital “Single2” que corresponde a un motor de rotor de jaula de
ardilla simple con ranura profunda (“single-cage with deep-bars”).
Para este cálculo el ETAP se basa en el siguiente artículo:

Luego se le dice “Update”.

Aparecerá la siguiente pantalla donde
se actualizarán los datos que se tenían
anteriormente del motor (“Existing”),
con los datos nuevos obtenidos de la
Estimación de Parámetros (“Update”).
El usuario tendrá la potestad de decidir
que datos quiere actualizar y cuáles
no.
Si realmente este es el motor que se
va a utilizar para el arranque, se
debería actualizar todo y tomar la
previsión de realizar otros estudios
(flujo de carga, cortocircuito, etc.) con
esta información actualizada.

Una vez que se seleccione el ícono
“Update”, aparecerá el modelo del
motor escogido.
Note que del lado izquierdo aparece
el modelo circuital (“Single2”), y del
lado derecho las curvas de arranque
del motor.
Como se puede observar, el
“Parameter Estimation” sólo calcula
los parámetros para un modelo
circuital “Single2”.

El ETAP también permite realizar el
estudio de arranque de motores con
otros modelos circuitales ya
cargados en la librería del ETAP.
Para ello se selecciona “CKT”.
MODELO CIRCUITAL - CKT

MODELO CIRCUITAL – CKT (CONT.)
Luego aparecerá esta nueva
pantalla, donde el usuario escogerá
de la librería del ETAP el modelo que
más se adecue al motor a arrancar.
El ETAP trae cuatro (4) modelos:
Estos modelos se muestran en la
siguiente lámina.

Single1 Single2
DBL1 DBL2

Dependiendo del modelo que se
escoja, aparecerá una nueva
pantalla para actualizar los
parámetros del motor seleccionado.

Luego de que se selecciona
“Update” se actualizará el modelo
del motor seleccionado en pantalla.
En el Capítulo 3 se explicará como
se introducen los parámetros
necesarios del motor cuando la
información es entregada por parte
del fabricante.

3.- ENTRADA DE DATOS
(UTILIZANDO INFORMACIÓN
SUMINISTRADA POR EL FABRICANTE)

A fin de realizar un estudio de arranque de motores dinámico en el ETAP, se
deberá tener para cada motor (que se vaya a arrancar) la siguiente
información:
- Hoja de datos del motor (“data sheet”): Donde aparezca los HP/kW,
tensión, eficiencia, factor de potencia, corriente, inercia del motor,
velocidad, etc.
- Curvas del motor: Torque vs. Velocidad, Corriente vs. Velocidad, curva
de daño.
- Si no se tienen las curvas anteriores, también puede servir el modelo
circuital del motor.
Adicionalmente, el fabricante de la carga asociada a cada motor, deberá
entregar:
- Tipo de carga (compresor, bomba, ventilador, etc.) y curva del torque de
la carga.
- Inercia de la carga.
Algo parecido a las láminas que se muestran a continuación.

CURVAS DE CORRIENTE Y TORQUE VS. VELOCIDAD

CURVAS DE EFF, PF Y CORRIENTE VS. CARGA

CURVAS DE DAÑO Y
TIEMPO DE
ACELERACIÓN

Para agregar la información a la librería del ETAP del modelo del motor
(“Charac.”) según la información entregada por el fabricante, se debe accesar
por “Library” y luego “Motor Characteristic Model”.
MODELO DEL MOTOR - “Charac.”

Una vez que se seleccione
aparecerá la siguiente pantalla,
donde se escogerá “Add” para
agregar los datos del modelo del
motor.
Luego aparecerá la siguiente
pantalla donde se escogerá o
añadirá el “Design Class” y se
colocará en “Model ID” el nombre del
motor a agregar.
En nuestro ejemplo escogeremos
HV-HS-HT y colocaremos NUEVO.
MODELO DEL MOTOR - “Charac.” (CONT.)

Una vez que se dice “OK”, hay que
buscar el nombre del motor que
acabamos de agregar y seleccionar
“Edit”.
Luego aparecerá la siguiente
pantalla, donde se deberá agregar
punto a punto la información allí
solicitada, que se obtendrá de la
curva entregada por parte del
fabricante:

Mientras más puntos se agreguen,
más precisa será la simulación en
ETAP.
Una vez que se termine de agregar
la información se selecciona “X”.
Este modelo quedará pregrabado en
la librería del ETAP, y una vez que se
cierre el proyecto para salir del
programa, el ETAP pedirá
confirmación de salvar la librería (si
no se salva se perderá la
información agregada).
El usuario también tiene la opción de
guardar estos cambios en una nueva
librería.

Para agregar la información a la librería del ETAP del modelo del motor (“CKT”)
según la información entregada por el fabricante, se debe accesar por “Library”
y luego “Motor CKT Model”.
MODELO DEL MOTOR - “CKT”

donde se escogerá el modelo del
circuito a agregar por el usuario
(Single1, Single2 o DBL1&DBL2).
Luego se selecciona “Add”.
Aparecerá una nueva pantalla,
donde se deberá colocar el “Design
Class” (que no puede ser igual a
estos ya creados por ETAP).
MODELO DEL MOTOR - “CKT” (CONT.)

En nuestro ejemplo seleccionamos
“Single1” y colocaremos MODELO1
y le diremos “OK”.
Luego el ETAP se posiciona en el
”Design Class” que el usuario creó y
se selecciona “Add”, donde
aparecerá una nueva pantalla donde
se cargarán los datos del modelo
circuital entregados por el fabricante
del motor.

Si el usuario quisiera utilizar el
mismo “Design Class” del ETAP para
agregar los datos del nuevo motor,
deberá seleccionar “Edit”.
Y se abrirá una nueva pantalla
donde el usuario podrá añadir el
nuevo modelo circuital del motor en
los espacios que quedan en blanco.

Para agregar la información a la librería del ETAP del modelo de la carga del
motor según la información entregada por el fabricante, se debe accesar por
“Library” y luego “Motor Load Model”.
MODELO DE LA CARGA DEL MOTOR

donde se escogerá “Polynomial” o
“Curve”.
Si se selecciona “Polynomial” y se
dice “Add” el ETAP pedirá al usuario
el nombre que quiere darle al
modelo de la carga (como ejemplo
colocaremos Bomba) y diremos
“OK”.
Una vez que se coloque el nombre
se abrirá una nueva pantalla donde
el usuario deberá colocar los
coeficientes A0, A1, A2 y A3 de la
fórmula del torque de la carga:
MODELO DE LA CARGA DEL MOTOR (CONT.)

Si se selecciona “Curve” y se dice
“Add” el ETAP pedirá al usuario el
nombre que quiere darle al modelo
de la carga (como ejemplo
colocaremos Ventilador) y diremos
“OK”.
Una vez que se coloque el nombre
se abrirá una nueva pantalla donde
el usuario deberá colocar punto a
punto la curva del torque de la carga
entregada por el fabricante.
MODELO DE LA CARGA DEL MOTOR (CONT.)

4.- MÓDULO DE ARRANQUE
DE MOTORES

Para explicar este capítulo tomaremos los datos del motor cargado en el
Capítulo 1 (motor de 1000 HP). Y usaremos como ejemplo este diagrama
unifilar con valores típicos de la librería del ETAP para el transformador T1.
Para realizar el Estudio de Arranque de Motores se selecciona el icono
mostrado en pantalla.

A fin de darle los lineamientos al
ETAP del estudio de arranque de
motores que desea realizar el
usuario, se deberá seleccionar el
icono de la maleta, y se abrirá esta
pantalla nueva.

En la carpeta “Info”:
-“Solution Parameters” tiene que ver
con las iteraciones y los tiempos de
graficación. Se pueden dejar por
defecto las del ETAP.
- “Prestart Loading Category” tiene
que ver con las categorías de carga
(por ejemplo: Carga normal, carga
pico, medición, etc.).
- “Prestart Generation Category”
tiene que ver con las categorías de
generación (por ejemplo: El
generador suministrando 10 MW o 6
MW, etc.).
- “Prestart Charger Loading” tiene
que ver con la carga de los
cargadores (en sistemas DC).

- “Load Diversity Factor” tiene que ver
con factores para alterar la carga en
las barras (si no hay incremento de
carga se deja “None”).
-“Report” tiene que ver con el reporte
de salida. Normalmente en estos
estudios no se muestran los reportes
sino los gráficos.
Las categorías de carga y
generación, así como el factor de
diversidad se explicarán mejor en el
Manual del ETAP para Flujo de
Carga.

La carpeta de “Event” es donde se le
dice al ETAP (entre otras cosas) que
motores o cargas va a
conectar/desconectar y en que
tiempo.
-“Action by Element” se utiliza si el
usuario quiere conectar/desconectar
por elemento (puede conectar o
desconectar varios motores o cargas
en diferentes barras).
- “Action by Starting Category” se
utiliza si el usuario quiere
conectar/desconectar un bloque de
motores o cargas por barra.
- “Action by Load Transitioning” se
utiliza para cambiar la carga de una
categoría a otra (por ejemplo de
carga normal a carga pico).

El “Total Simulation Time”
corresponde al tiempo total de
simulación de la gráfica que se
quiera mostrar para el estudio de
arranque de motores.
Para nuestro ejemplo colocaremos
“10” seg.
10 seg.

Siguiendo con nuestro ejemplo, en
“Events” le diremos “Add” y se abrirá
esta nueva pantalla.
El usuario puede agregar tantos
eventos como quiera, en función de
las cargas o motores que vaya a
conectar o desconectar.
El nombre que se agregue en “Event
ID” depende del usuario, y este
podrá poner el que quiera.
En “Time” se colocará el tiempo en el
cuál se va a ejecutar la acción.

En nuestro ejemplo colocaremos
“Evento1” en “1” seg. Y luego
seleccionaremos “OK”.
Poner el tiempo en 1 seg. significa
que en ese instante le vamos a decir
al ETAP que tiene que ejecutar una
acción (que en nuestro caso será
arrancar el motor).
1 seg.

Inmediatamente se actualizará el
evento que acabamos de agregar, y
posteriormente debemos decirle al
ETAP que va a hacer en ese evento
(es decir, debemos darle la acción al
ETAP).

En nuestro ejemplo arrancaremos un
motor de 1000 HP, por lo cual en
“Action by Element” le diremos “Add”
y aparecerá esta nueva pantalla.
Seleccionamos “Motor”, “Start” y en
“ID” debemos buscar el nombre del
motor a arrancar, luego
seleccionaremos el “Starting
Category” según el cuál
arrancaremos el motor (en nuestro
ejemplo, seleccionaremos “Normal”,
es decir, con toda la carga completa,
no hay transición).

Cabe destacar que en “Action by
Element” el usuario puede arrancar o
detener motores, puede energizar o
desenergizar cargas estáticas,
arrancar válvulas motorizadas, y
cambiar de categoría de generación
a los generadores.

Luego de seleccionar el motor a
arrancar se actualizará “Action by
Element”, tal y como se muestra en
el dibujo.
Esta es la forma en cómo se arranca
un motor.

En la carpeta de “Model” el usuario
seleccionará la actuación de los
TAPs automáticos de los
transformadores así como el tipo de
arranque para el motor (eléctrico o
mecánico).
El usuario puede escoger la
actuación del TAP automático antes
del arranque (“For Prestart Load
Flow”) y durante y después del
arranque (“During & After Motor
Acceleration”).
Cabe destacar, que la actuación de los TAPs automáticos normalmente no se
utiliza durante el arranque de motores grandes en Planta, a menos que ya se
haya hecho previamente un Estudio Dinámico del sistema con contingencias
externas y no se deba inhabilitar los TAPs automáticos para arranque de
motores.

Los TAPs automáticos normalmente están asociados a los transformadores
principales (por ejemplo, sistemas en 115/34,5 kV) y se les da un ajuste típico
de ± 10% en 33 pasos. La acción automática que regula el ETAP en el Estudio
de Arranque de Motores tiene que ver con el tiempo de actuación del mismo
para realizar el ajuste y obtener el valor de tensión deseada por el usuario.
En el ETAP se puede realizar un
ajuste individual (por ejemplo, si
se tuvieran varios
transformadores con TAPs
automáticos y diferentes tiempos
de actuación) o un ajuste global
(el mismo tiempo de actuación
para todos los trasformadores
con TAPs automáticos) y el
usuario deberá definir ese
tiempo.

Si se selecciona individual (“Use
Individual LTC Time Delay”) en
la maleta del Estudio de
Arranque de Motores, entonces:
- En la carpeta del transformador
en la pestaña de “Tap” debe
estar seleccionado “AVR” y al
tocar “LTC” aparecerá una
nueva pantalla, donde el ajuste
en tiempo para la operación del
TAP durante el arranque del
motor, por defecto está en 3 seg.
(“Initial”) y 1 seg. (“Operating”).
Es decir, al caerse la tensión
producto del arranque del motor,
y si ese valor está por
debajo de la banda del “Voltage Control” habrá un movimiento del TAP para
mejorar la tensión 4 seg. después de deprimida (3 seg.+1 seg.) pero cada 1
seg. después si la condición sigue, y el ETAP detendrá la operación del TAP
hasta que la tensión vuelva a entrar en los valores de la banda del “Voltage
Control”.

Si se selecciona global (“Use
Global Time Delay”) el usuario
colocará los tiempos que
aplicarán para la variación del
TAP y se tomarán éstos para
todos los transformadores con
TAP automático
(independientemente de los
tiempos que se tengan en la
carpeta del transformador).
En nuestro ejemplo, no importa
lo que dejemos seleccionado
porque no tendremos
transformadores con TAP
automático.

Tal y como se dijo
anteriormente, también en la
carpeta de “Model” se escoge el
tipo de arranque del motor.
Si se selecciona “Based on
Motor Electrical Rating”, el ETAP
derrateará la curva de la carga
que se introdujo en la carpeta
del motor, para que el motor a la
velocidad sincrónica alcance el
100% del torque.
Si se selecciona “Based on
Motor Mechanical Load”, el
ETAP dejará tal cual la curva de
la carga que se introdujo en la
carpeta del motor.

En nuestro ejemplo
seleccionaremos “Based on
Motor Electrical Rating”.

En la carpeta de “Adjustment” el
usuario escoge si desea que el
ETAP tome en cuenta la tolerancia
para los diferentes elementos del
sistema eléctrico, siempre y cuando
el usuario las haya agregado en la
carpeta para cada elemento
(“Individual”). Y si el usuario no las
ha agregado, puede utilizar
“Global”, y ese porcentaje que
coloque aplicará igual para todos
los elementos de ese tipo.
El ETAP sumará la tolerancia para
la impedancia de los
transformadores, reactores y
calentadores de sobrecarga, así
como sumará la tolerancia para la
longitud de los cables y líneas de
transmisión.

Por defecto, todas estas tolerancias en los elementos del sistema eléctrico,
están en cero. Así que no hay problema si alguna queda seleccionada.
Estas tolerancias en impedancia aplican por ejemplo, cuando se está
comprando un equipo y todavía no está fabricado y el fabricante del mismo da
un aproximado de impedancia (transformador de Z= 5,75% ±5%).
Y las tolerancias para longitud aplicarían por ejemplo, cuando se está tomando
la distancia de un cable por Autocad (distancia lineal) sin tomar en cuenta los
desniveles físicos del terreno que pudiesen aumentar la longitud del conductor.
En nuestro ejemplo no seleccionaremos ninguna tolerancia.

En las láminas se muestra
donde se coloca la tolerancia
para la impedancia de
transformadores, reactores y
calentadores de sobrecarga.

En las láminas se muestra
donde se coloca la tolerancia
para la longitud de cables y
líneas de transmisión.

En la carpeta de “Adjustment”
también el usuario podrá hacerle
corrección a la resistencia de los
cables y líneas de transmisión
por temperatura.
La fórmula que utiliza el ETAP
es la siguiente:
Normalmente se debería tomar “Individual Max. Temperature”, y el usuario colocar
la temperatura máxima para cada cable en el editor del cable, pero cuando no se
tiene mucho tiempo para discriminar cuál es la temperatura máxima de un cable
que va por trinchera, otro por bancada, otro por bandeja, etc., se colocará “Global”
y con la temperatura ambiente (por ejemplo 40 °C), y si se quiere ser más
conservador se puede colocar la temperatura máxima que soporta el aislamiento
del cable (75 °C o 90 °C).

Si se selecciona “Individual Max.
Temperature” el usuario deberá
colocar la temperatura máxima
para cada cable en el editor del
cable.
El ETAP por defecto trae 75°C.
Tb Tc

En la carpeta de “Alert”, el
usuario le dará al ETAP las
directrices para que reporte lo
que no se cumpla en el estudio
de arranque de motores.
Por defecto el ETAP trae valores
que son los que normalmente se
utilizan en un estudio de
arranque de motores. El usuario
los podrá cambiar según su
conveniencia.
El ETAP a nivel de dibujo
(diagrama unifilar) mostrará en
color rojo los valores que no
cumplan con el “Critical”, y en
color rosado los valores que no
cumplan con el “Marginal”.
Si se toca “Auto Display” mostrará un reporte de los valores que no cumplen
(una vez que se realice el estudio).

Normalmente, según información
entregada por parte del fabricante,
la tensión mínima permitida en los
terminales del motor, durante el
arranque, no debe ser menor al
80% de la tensión de diseño del
equipo (es decir, si el motor es de
460 V y la barra donde está
conectado es de 480 V, es el 80%
de 460 V).
Con respecto a la tensión permitida
en las otras barras durante el
arranque de motores, cada Planta
tiene sus criterios de diseño, y el
usuario deberá revisarlos para
actualizar los valores por defecto
que trae el ETAP (por ejemplo, en
una Planta aislada del SEN y con generación propia, se pedía en los criterios
de diseño que la tensión en la barra de generación no fuese menor al 95%).

Una vez que se haya cargado
toda la data de los motores a
arrancar y las directrices del
estudio en la maleta del ETAP,
se selecciona el icono de
arranque dinámico en el ETAP, y
aparecerá el siguiente mensaje,
solicitando el nombre del archivo
de salida. El usuario colocará el
nombre que quiera o dejará
“Untitled” por defecto.

Si todo está bien, una vez que
corra el caso en estudio,
aparecerá la barra que muestra
la pantalla.
Esta barra mostrará en el dibujo
los valores de corriente, tensión,
etc. que se hayan seleccionado
en el televisor.
Lo que nos interesa realmente
en el Estudio de Arranque de
Motores son las gráficas.

Para ver las gráficas el usuario
selecciona el icono que se
muestra en el dibujo y aparecerá
una nueva pantalla.
En esta pantalla el usuario
seleccionará las gráficas que
desea ver.
Como se puede observar, se
puede graficar cualquier
dispositivo que aparezca en el
“Device Type”.

Para nuestro ejemplo
seleccionaremos “Motor”, “Mtr1”
y lo que normalmente se
muestra en el informe de
Arranque de Motores es
“Current” que es la corriente del
motor, “Vt (Motor Base)” que es
la tensión en los terminales del
motor en base al motor, “V Bus”
que es la tensión en la barra
donde está conectado el motor y
“Motor Torque” que es el torque
del motor y seleccionamos “OK”.
Cabe destacar que para nuestro ejemplo, estamos realizando el Estudio de
Arranque de Motores con “Normal” (en “Starting Category”) y “Based on Motor
Electrical Rating”.

Corriente Tensión en los terminales
Tensión en la barra Torque

Como se puede observar en la
curva de torque, el “Starting
Category” es “Normal” porque
no hay transición, y está
realizado con “Based on Motor
Electrical Rating” ya que el
ETAP derrateó la curva de la
carga para sacarle a la
velocidad sincrónica el 100% del
torque del motor.
Como se puede observar el
tiempo de arranque fue de 3,8
seg.
Algo importante de destacar, es que el ETAP no revisa el tiempo de arranque
permitido por el fabricante del motor. Esto lo tiene que verificar el usuario.

El fabricante del motor muestra
dos tiempos:
- “Safe Stalled Time, Motor Hot”
que corresponde al tiempo
máximo permitido para el
arranque del motor cuando ya
hubo un arranque previo y los
arrollados están calientes y se
quiera volver a arrancar. Este es
el tiempo que deberá verificar el
usuario contra la corrida de
Arranque de Motores del ETAP.
- “Safe Stalled Time, Motor Cold”
que corresponde al tiempo
máximo permitido para el
arranque del motor cuando los
arrollados están fríos (este tiempo
es mayor que el “Safe Stalled
Time, Motor Hot”).

También es importante mostrar
en los gráficos, las tensiones
en las barras principales del
sistema. Por lo cual se
selecciona “Bus”, se escogen
las barras que uno quiera
graficar, en nuestro ejemplo
“Bus1” y “Bus2” y se
selecciona “Voltage” y para
que el ETAP muestre las dos
barras escogidas en un mismo
gráfico se tilda “Combine Plots”
y luego “OK”.

Como se puede observar, la
tensión se deprime en la barra
“Bus2” mientras dura el
arranque del motor, pero no
llega a estar por debajo de los
valores permitidos por el
usuario en la pestaña “Alert” de
la maleta.

5.- EXPLICACIÓN DE ARRANQUE
NORMAL/TRANSICIÓN Y
ELÉCTRICO/MECÁNICO

En capítulos anteriores se seleccionaron varias cosas que pueden variar un
estudio de arranque de motores si el usuario no está claro en su utilización.
Por un lado se tiene la selección del torque de la carga, que si se observa el
utilizado para el ejemplo, el torque de la carga corta en 32% al 100% de la
velocidad.
Se puede realizar los estudios de arranque de motores sin transición de carga
(“Normal”) o con transición de carga (“Transición”).

Y adicionalmente se puede correr en la maleta del estudio de arranque de
motores, en la carpeta de “Model”, con “Electrical” o “Mechanical”.
Como se dijo en el Capítulo anterior “Electrical” derratea la curva de la carga
para sacarle el 100% del torque del motor, y “Mechanical” deja igual la curva de
la carga. Si adicionalmente, no hay transición de carga, y los valores en
“Normal” son arrancar y seguir con el 100% de la carga:
Entonces el torque del motor será para cada caso expuesto, como se muestra
en los siguientes gráficos:

Arranque “Normal” y “Electrical” Arranque “Normal” y “Mechanical”
Note que en “Electrical” se le saca el 100% de torque al motor, en cambio en
“Mechanical” se le saca el 32% del torque al motor (porque es donde corta el
torque de la carga).
Por supuesto el motor arrancando con “Mechanical” arranca más rápido que en
“Electrical”.
100
32

Ahora bien, si ahora se le dice al motor que va a arrancar con “Transición” y
con los siguientes valores:
Entonces, cuando se le diga “Electrical”, el ETAP va a derratear la curva de
carga al 100%, para luego llevarla a un 20% de carga y realizar el arranque y
mantenerse así por 2 seg. y 2 seg. después aumentar la carga a un 80%.
Y si se le dice “Mechanical”, el ETAP va a dejar la curva de carga igual, para
luego llevarla a un 20% de carga (pero un 20% de 32) y realizar el arranque y
mantenerse así por 2 seg. y 2 seg. después aumentar la carga a un 80% (pero
un 80% de 32).
Tal y como se muestra en los gráficos a continuación.

Arranque “Transición” y “Electrical” Arranque “Transición” y “Mechanical”
20
80
6.4
25.6
Es importante destacar, que todos los casos presentados son herramientas que
posee el ETAP para realizar los estudios.
Si el usuario por el editor del motor, coloca la curva real del torque de la carga,
pues simplemente escoge “Mechanical”. Luego en el análisis, el usuario
revisará si el motor cumple con el tiempo dado por el fabricante haciendo un
arranque “Normal”, o si por el contrario no cumple y tiene que irse a un
esquema de “Transición” (previa consulta con el Departamento de Procesos).

6.- EQUIPOS PARA ARRANQUE
DE MOTORES

El ETAP dentro del editor del
motor, en la carpeta “Start
Dev”, trae varios métodos de
arranque para el motor, que se
pueden aplicar si en dado caso
el arranque directo (a plena
tensión) no cumple con los
requerimientos o criterios de
diseño del Proyecto.
Cabe destacar, que a estos métodos de arranque se les debe de dar un
ajuste, que el usuario debería ir tanteando para cada caso en particular,
pues muchos de ellos dependiendo del ajuste que se le asigne, disminuyen
el torque del motor (y puede llegar a estar por debajo del torque de la carga)
no permitiendo el arranque del motor.

La forma en que el usuario le dé el ajuste, se explicará a continuación, y
aplica para la mayoría de ellos.
Se selecciona el tipo de equipo
que se desea utilizar, por
ejemplo “Current Control” y se
habilitará “Control Scheme”
para que el usuario pueda dar
el ajuste.
El equipo se puede controlar
en porcentaje de la velocidad
sincrónica “%Ws” o en tiempo
de operación “Seconds”.
En “Add” se pueden agregar
más renglones de ajuste.

El ETAP permite realizar
cualquier ajuste que requiera el
usuario, desde poner valores
fijos “Fixed” hasta rampas
“Ramp”.
En este caso se escogió 10
segundos como el tiempo de
operación del equipo.
En las láminas que siguen a continuación se muestra un equipo de Rockwell
Automation, donde se puede observar que en un mismo equipo se puede
escoger diferentes modos de arranque y ajustes.

7.- ENTRADA DE DATOS Y
ARRANQUE ESTÁTICO

Para realizar un arranque
estático en ETAP, se coloca el
motor en el diagrama unifilar, al
darle doble click en el mismo,
aparece la pantalla del editor y
en la carpeta de “Nameplate”
se colocará la capacidad del
motor.
Si es un motor pequeño (por
ejemplo 200 HP) el ETAP
mostrará “Typical Nameplate
Data” donde presentará datos
típicos basados en la Norma
“NEC” y datos típicos basados
en un fabricante “MFR”. Los
valores más conservadores
son de la Norma NEC.

Al escoger la norma “NEC”
diciéndole “Select” al ETAP se
actualizarán los valores en
pantalla.

Note que en la carpeta
“Model”, la corriente a rotor
bloqueado para ese motor es
de 650% “LRC”.

En la carpeta de “Load” en
“Acceleration Time (Static
Starting)” se le dice al ETAP el
tiempo en el cuál debe
arrancar ese motor.
Supongamos que arranca en 4
seg.
Estos son todos los datos que
se le debe agregar a un motor
para realizar un arranque
estático (no hace falta ni el
modelo del motor, ni la inercia
del motor, ni la inercia de la
carga, ni el torque de la carga).
Las carpetas de “Start Dev” y
“Start Cat” aplican igual que
para un arranque dinámico.

La entrada de datos en la
maleta del ETAP en el módulo
de Arranque de Motores es
exactamente igual al explicado
para arranque dinámico.
Supongamos que vamos a
arrancar el “Mtr2” en 1 seg.

Cabe destacar que en la
carpeta de “Model” para el
arranque estático da lo mismo
utilizar “Electrical” que
“Mechanical” puesto que no fue
introducida una curva de
torque de la carga.

Una vez que se haya cargado
toda la data de los motores a
arrancar y las directrices del
estudio en la maleta del ETAP,
se coloca “Prompt” para que el
ETAP pida el nombre del archivo
de salida.
Luego se selecciona el icono de
arranque estático en el ETAP, y
aparecerá el siguiente mensaje,
solicitando el nombre del archivo
de salida. El usuario colocará el
nombre que quiera o dejará
“Untitled” por defecto.

Para ver las gráficas el usuario
selecciona el icono que se
muestra en el dibujo y aparecerá
una nueva pantalla.
En esta pantalla el usuario
seleccionará las gráficas que
desea ver.
Como se puede observar en
“Plot Type” los parámetros para
mostrar en un arranque estático
no son los mismos que para un
arranque dinámico, puesto que
el usuario no agregó ningún
torque del motor, ni de la carga.
Seleccionaremos “Motor”, ”Mtr2”, “Current” y “V Bus”.

Como se puede observar el
motor arranca con un 650% de
corriente (tal y como se estipuló
en la carpeta de “Model”) y el
tiempo de arranque es de 4 seg.
(tal y como se colocó en la
carpeta de “Load”).
Este modelo es totalmente
manipulable por el usuario, y lo
único que pudiese aportar es la
caída de tensión en la barra
donde está conectado el motor
(que en nuestro ejemplo, la
caída fue de 96%).

8.- ARRANQUE DE VARIOS
MOTORES

En este capítulo se explicará
como hacer arranques
simultáneos, para lo cual se
copiará y pegará el mismo motor
de 1000 HP que se utilizó para
el arranque dinámico.
Cabe destacar, que se arrancará
el motor Mtr1 en 1 seg., el motor
Mtr2 en 2 seg. y el motor Mtr3
en 3 seg. (es decir, una
secuencia de arranque).
Como se van a ir arrancando
uno a uno, el ETAP
sobrentiende que estos motores
estaban apagados, por lo cual la
tensión en la barra Bus2 antes
de los arranques será igual al
Bus1 (es decir, 100%).

En la maleta de Arranque de
Motores, en la carpeta “Event”
se agregará otro evento que
corresponderá con el arranque
del motor Mtr2, por lo cual se
selecciona “Add” y se colocará
Evento2 en 2 seg.
Luego “OK”.

En “Action by Element” se le dice “Add” y se selecciona el motor a arrancar
que será el Mtr2.
Luego “OK”.

Se repite el mismo procedimiento pero para el motor Mtr3.
Se realizará un arranque “Electrical” y se mostrará la gráfica de la tensión
en la barra Bus2.

Arranque motor Mtr1
Arranque motor Mtr2
Arranque motor Mtr3
Tensión
en 100%
Tensión
en 99%

Si se quisiera hacer un
arranque simultáneo (todos
los motores al mismo
tiempo en 1 seg.), pero sin
borrar lo que se ha hecho,
se desactivan los eventos
(Evento1, Evento2 y
Evento3), y se crea uno
nuevo (Evento4).

Luego en “Action by
Starting Category” se le
dice “Add” y se selecciona
la barra Bus2.
Se realizará un arranque
“Electrical” y se mostrará la
gráfica de la tensión en la
barra Bus2.

Tensión
en 100%
Tensión
en 99%
Arranque motores Mtr1, Mtr2 y Mtr3

Si hubiesen otras cargas en el diagrama unifilar y en la carpeta de “Event”
no se le da ninguna instrucción de estas cargas al ETAP, pues el programa
supone que están conectadas, ya sean otros motores o cargas estáticas.
El módulo de Arranque de Motores del ETAP sirve para arranque de
motores todos al mismo tiempo o en diferentes tiempos, para conexiones o
desconexiones de cargas. Si el usuario necesitara saber que pasaría ante
una falla o cortocircuito en un tiempo dado con esos motores o ante la
pérdida de energía eléctrica en un tiempo dado, pues eso se podría hacer
en el ETAP pero en el módulo de Estabilidad.

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