Cálculos de cables, conductores y protección eléctrica de motores según NEC/NFPA70/NTC2050. !!! PREMIUM !!!

La protección mas común contra sobrecorriente para la mayoría de los circuitos eléctricos es la que combina la protección de sobrecarga con la protección contra cortocircuitos y la protección de fallas a tierra.

Una sobrecorriente, es la corriente en Amperios, mayor a la corriente que soporta el equipo o conductores resultante de una sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra.

Sin embargo esta combinación (Sobrecarga+cortocircuito+falla a tierra) no suele ser la mejor opción para los motores. Con raras excepciones, el mejor método para proporcionar protección contra sobrecorriente en el caso de los motores es separar los dispositivos de protección contra sobrecarga de los dispositivos de protección contra cortocircuitos y fallas a tierra ( Ver imagen 1).

Los dispositivos de protección contra sobrecargas, protegen el motor, el equipo de control del motor y los conductores del circuito ramal de la sobrecarga del motor y el calentamiento excesivo resultante (Articulo 430.31). No brindan protección contra cortocircuitos o corrientes de falla a tierra. Ese es el trabajo del interruptor de suministro aguas arriba (Ver imagen 1), esta protección no protege contra sobrecargas del motor. Por lo anterior esta disposición hace que los cálculos del motor sean diferentes de los que se utilizan para otros tipos de cargas.

Normalmente, los motores consumen aproximadamente seis veces más corriente en el arranque que durante el funcionamiento normal. El artículo 430 proporciona una guía sobre la forma de proteger adecuadamente el motor de sobrecorriente y aún así evitar disparos molestos del fusible o disyuntor que protege el motor.

La protección contra cortocircuitos y fallas a tierra de un motor generalmente se proporciona mediante un fusible o disyuntor (Breaker o interruptor) que tiene el tamaño suficiente para permitir que el motor arranque, pero demasiado grande para brindar protección contra sobrecargas. Por ello también se debe proporcionar protección contra sobrecargas para proteger el motor y el cableado a un valor cercano a la corriente de funcionamiento real del motor, pero con un retardo de tiempo suficiente para permitir que el motor arranque.

El artículo 430 también detalla el tamaño mínimo de los conductores para los circuitos ramales del motor. Cuando los conductores y la protección contra cortocircuitos y fallas a tierra se dimensionan según el artículo 430, el fusible o el disyuntor (Breaker o interruptor) puede parecer mucho más grande de lo que debería ser para los conductores seleccionados, es normal  y si todo esta bien calculado no debería preocuparse.

Las reglas de protección contra sobrecorriente del Artículo 240 no se aplican a motores, por lo que una instalación a menudo puede no “verse bien”, aunque cumpla con los requisitos del Artículo 430 para motores. Un estudio cuidadoso de esta unidad le ayudará a comprender los requisitos, a veces confusos, de los artículos 430.

A continuacion veremos como dimensionar las protecciones y conductores de los motores contra sobrecarga, cortocircuito y falla a tierra según el NEC/NFPA70/NTC2050.

Protección de sobrecarga del motor según Art. 430 NEC/NFPA70/NTC2050

Protección de sobrecarga.La sobrecarga es la condición en la que la corriente excede la clasificación nominal en amperios del equipo, lo que puede resultar en daños al equipo debido a un sobrecalentamiento peligroso [Artículo 100].

Los dispositivos de protección contra sobrecargas, están destinados a proteger el motor, el equipo de control del motor y los conductores del circuito derivado del calentamiento excesivo debido a la sobrecarga del motor [430.31].

La protección de sobrecarga no está diseñada para proteger contra cortocircuitos o corrientes de falla a tierra. Los dispositivos de protección contra sobrecargas están diseñados para proteger motores, aparatos de control de motores y conductores de circuitos derivados del motor contra un calentamiento excesivo debido a sobrecargas del motor y fallas en el arranque. Es posible que un motor se caliente tanto que se queme o provoque un incendio.

Algunas de las causas de la sobrecarga son:

• Baja tensión en el motor.
• Rotor bloqueado.
• El motor es demasiado pequeño para la aplicación.
• Cojinetes malos.
• Motor funcionando como monofásico, lo que significa que un conductor del circuito trifásico falla, lo que hace que funcione en dos fases.

Como dimensionar protección de sobrecarga para Motores con factor de servicio igual o mayor a 1,15 (Servicio continuo)

Debe dimensionar los dispositivos de sobrecarga no más grande que los requisitos del Articulo 430.32.

Como dimensionar protección de sobrecarga para motores con temperatura de 40°C o menos (Servicio continuo)

También debe considerar otro factor: el aumento de temperatura de la placa de identificación.

Tablas de porcentajes para protecciones de sobrecarga de acuerdo a corrientes nominales de motores FLA (Servicio continuo)

Ejemplo de calculo de protección de sobrecarga motor monofasico con factor de servicio mayor a 1.15, temperatura menor o igual a 40°C, al 125% – Servicio continuo

¿Qué tamaño de fusible necesita para un motor monofásico de 230 V y 5 hp con un factor de servicio de 1,16 si la corriente nominal de la placa de identificación del motor indica 28 A?

Ejemplo de calculo de protección de sobrecarga motor trifasico con factor de servicio mayor o igual a 1.15, temperatura menor o igual a 40°C, al 125% – Servicio continuo

¿Qué tamaño de fusible se necesita para un motor trifásico continuo de 50 hp y 460 V que tiene un aumento de temperatura de 39 ° C y una clasificación de corriente en placa de identificación del motor de 60 A (FLA)?

Ejemplo de calculo de protección de sobrecarga motor monofasico con factor de servicio mayor o igual a 1.15, temperatura menor o igual a 40°C al 140% – Servicio continuo

¿Qué tamaño de fusible se necesita para un motor monofasico continuo de 5hp, 230 V y F.S=1.15 que tiene un aumento de temperatura de 40° C y una clasificación de corriente en placa de identificación del motor de 29 A (FLA)?. Tenga en cuanta que el motor no puede arrancar, ¿cuál es el tamaño máximo de sobrecarga permitido?

Como dimensionar protección de sobrecarga para motores con factor de servicios menor de 1.15 o aumento de temperatura rise de mas de 40°C (Servicio continuo)

Ejemplo de calculo de protección de sobrecarga de motor con factor de servicio menor a 1.15 y temperatura mayor a 40°C, al 115% – Servicio continuo

Se tiene un motor continuo con factor de servicio de 1.12, un aumento de temperatura de 41 ° C y una clasificación de corriente en placa de 25A. ¿Qué tamaño de fusible de elemento doble se requiere para este motor?

Como dimensionar protección de sobrecarga para motores con servicio de corta duración o intermitentes

Los motores de trabajo de corta duración, intermitentes, periódicos o de trabajo variable pueden protegerse contra sobrecargas, cortocircuitos  y falla a tierra mediante un único dispositivo de protección que protege el circuito eléctrico ramal de alimentación.[430,33]

Siempre y cuando el valor nominal o ajuste del dispositivo de protección no exceda los valores indicados en la Tabla 430.52.

Ejemplo de calculo de protección de sobrecarga de motor con servicio intermitente.

¿Qué tamaño de protección se necesita para un motor monofasico de 1/2Hp de trabajo intermitente de 230 V y una clasificación de corriente en placa de identificación del motor de 4.6 A (FLA)?

Dimensionamiento de conductores de circuitos ramales para motores eléctricos de servicio continuo e intermitente

Conductores para motores eléctricos de servicio continuo

El tamaño real del conductor debe seleccionarse de la Tabla 310.15 (B) (16) de acuerdo con la clasificación de temperatura del terminal (60 ° C o 75 ° C) del equipo [110.14 (C) (1)].

Conductores para motores eléctricos de servicio intermitente

Cuando un motor no es de servicio continuo, los conductores se dimensionan utilizando los porcentajes de la Tabla 430.22 (E).

Tablas de corriente en amperios FLC para motores de servicio continuo – Tablas 430.247 a 430.250 – NEC/NFPA70/NTC2050

Ejemplos de dimensionamiento de conductores para motor de servicio continuo

1. ¿Qué tamaño de conductores se requieren para un motor monofásico de 115 V de 1 hp con terminales de cable certificados para trabajar a máximo una temperatura de 60 ° C?

2. ¿Qué tamaño de conductores ramal se requiere para un motor de 5 hp, trifásico de 208 V con terminales a 60 ° C?

Ejemplos de dimensionamiento de conductores para motores de servicio intermitente

Cuando un motor se usa para un servicio diferente al continuo, los porcentajes de clasificación de corriente de la placa (FLA) de identificación de la Tabla 430.22 (E) se usan para el tamaño del conductor [430.22 (E)].

1. ¿Qué tamaño de conductores de alimentación se requieren para un motor de 230 V trifásico de 7½ hp que tiene en la placa de identificación un FLA de 20 A, clasificado para servicio de 5 minutos, usado en servicio intermitente, con terminales clasificados a 60 ° C?

2. ¿Qué tamaño de conductores de circuito ramal se requieren para un motor de 230 V trifásico de 7½ hp con un amperaje en placa de identificación FLA de 20 A, clasificado para servicio de 30 minutos, usado para servicio de corta duración, con terminales de 60 °?

Protección del circuito ramal de motores contra cortocircuitos y fallas a tierra

Los dispositivos de protección contra cortocircuitos y fallas a tierra en circuitos ramales protegen el motor, el aparato de control del motor y los conductores contra cortocircuitos o fallas a tierra. No protegen contra una sobrecarga (430.51).

El dispositivo de protección de cortocircuito y falla a tierra requerido para los circuitos del motor no es lo mismo que la protección del interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI) requerida para el personal [210.8), cableado temporal para receptáculos [590.6], o protección de falla a tierra instalada en alimentadores [215.9 y 240.13] o servicios [230.95]

La protección contra cortocircuito o falla a tierra está diseñada para:

• Aumento rápido de corriente
• Eventos de corta duración
• Tiempo de respuesta rápido

La protección contra cortocircuito y falla a tierra está dimensionada entre 150% y 300 % de la FLC del motor (Tabla 430.52]

Corriente de arranque del motor: Cuando se aplica voltaje por primera vez al devanado de campo de un motor de inducción, solo la resistencia del conductor se opone al flujo de corriente a través del devanado del motor. Debido a que la resistencia del conductor es tan baja, el motor tendrá una corriente de entrada muy grande

Cuando el valor del dispositivo de protección contra cortocircuito y falla a tierra que se encuentra en la Tabla 430.52 no corresponde a la clasificación o configuración estándar/comercial de los dispositivos de protección contra sobrecorriente como se indica en 240.6 (A), use el siguiente tamaño de dispositivo de protección [430.52 ( C) (1) Exepcion 1].

¿Te puso a pensar esta declaración? ¿Le parece incorrecto? Esa es una respuesta común, pero recuerde, los motores son diferentes a otros componentes del sistema. La protección contra cortocircuitos y fallas a tierra no necesita realizar la función de sobrecarga. Por lo tanto, sobredimensionar no comprometerá la protección. Un tamaño insuficiente evitará que el motor arranque.

El dispositivo de protección contra cortocircuito y falla a tierra del circuito ramal del motor debe cumplir con 430.52 (B) y 430.52 (C).

Un dispositivo de protección para cortocircuito y falla a tierra del circuito ramal del motor debe ser capaz de transportar la corriente de arranque del motor.

Cada circuito ramal del motor debe estar protegido contra cortocircuitos y fallas a tierra mediante un dispositivo de sobrecorriente de tamaño no mayor que los porcentajes enumerados en la Tabla 430.52.

Use el siguiente proceso de dos pasos para determinar qué porcentaje de la Tabla 430.52 debe usar para dimensionar el dispositivo de protección de falla a tierra y cortocircuito del circuito ramal del motor:

Ejemplo de dimensionamiento para protección de cortocircuito y falla a tierra de motores

¿Qué tamaño de conductor y breaker/Interruptor de tiempo inverso se requieren para un motor trifásico de 7½ hp, 230 V con terminales de 60 ° C?

Protección de motores contra sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra con dispositivo combinado

Tener en cuenta que un motor puede protegerse contra sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra mediante un solo dispositivo de sobrecorriente dimensionado para los requisitos de sobrecarga contenidos en 430.32.

Ejemplo de protección de sobrecorriente con un solo elemento combinado 430.55

1. ¿De qué tamaño se permite un fusible de elemento doble combinado para proteger un motor monofásico de 230 V de 5 hp con un factor de servicio de 1,15 y una clasificación de corriente de placa FLA de 23,50 A para protegerlo contra sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra?

2. ¿Qué tamaño de fusible de elemento doble combinado se permite para proteger un motor de 1/2 hp? 230 V, motor monofásico con factor de servicio de 1,20 y FLA de placa de identificación de 4,90A a 60 ° C contra sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra.

Este ejemplo es común en los motores de elevación de botes: 1/2 HP, 230V 4.90 FLA y  FS mayor a 1.15 y servicio intermitente.

Resumen de como dimensionar la protección de corto circuito, falla a tierra, sobrecarga y dimensionamiento de conductores para motores.

El dimensionamiento de las protecciones y los conductores de los motores se realiza de la siguiente manera:

Si junta los tres, puede ver que la ampacidad del conductor del circuito ramal (125%) y el dispositivo de protección de falla a tierra de cortocircuito (150% a 300%) no están coordinados.

Por ello mostramos este último ejemplo que debería ayudarlo a aclarar la anterior información:

Aunque este ejemplo puede molestar a algunas personas, los conductores y el motor de THHN de 14 AWG están protegidos contra sobrecorriente mediante el dispositivo de protección de sobrecarga de 16 A y el dispositivo de protección de cortocircuito de 40 A.

¿Cuales afirmaciones son ciertas y cuales falsas para el ejemplo anterior de un motor de 1 hp, 120 V, corriente nominal FLA de 14 A en la placa de identificación, F.S de 1.12, servicio continuo?

(a) Los conductores del circuito ramal pueden ser 14 AWG .

(b) La protección contra sobrecargas debe ser de 20A.

(c) Se permite que la protección contra cortocircuitos y fallas a tierra sea un interruptor/breaker de corriente inversa de 40A.

(d) Todos estos son ciertos.

Al revisar cada afirmación se puede ver lo siguiente:

Ejemplo de protección de sobrecorriente con un solo elemento combinado 430.55

¿De qué tamaño se permite un fusible de elemento doble combinado para proteger un motor monofásico de 230 V de 5 hp con un factor de servicio de 1,15 y una clasificación de corriente de placa FLA de 23,50 A para protegerlo contra sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra?

430.55 Protección contra sobrecorriente combinada.

“Debe permitirse combinar en un solo dispositivo la protección contra cortocircuito, fallas a tierra y sobrecarga del circuito ramal de motores, siempre que el valor nominal o el ajuste del dispositivo proporcione la protección contra sobrecarga especificada en la sección 430.32.”

Los cálculos de motores han sido durante mucho tiempo una fuente de confusión y errores para muchos electricistas. Comprender qué hace que estos cálculos sean diferentes debería ayudarlo a hacer los cálculos de protección del motor correctamente.