Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas de Quintana Roo, A.C.
Boletín Informativo
Ing. Jesús Velasco Solís
Calculo de circuitos derivados de motores
En este boletin vamos a explicar cómo se dimensiona el
circuito que alimenta a cualquier motor eléctrico.
Corriente In-Rush del Motor. La corriente in-Rush, o
corriente de entrada, puede definirse como una corriente
transitoria de excitación, que se manifiesta durante el
arranque de un sistema eléctrico como una corriente de
carácter pulsante cuyo valor máximo, generalmente
supera varias veces la magnitud de la corriente nominal
del sistema.
Emplearemos fórmulas y tablas que nos permitirán
determinar los conductores y canalizaciones adecuadas.
Se proponen ejercicios para poner en práctica lo aquí
vertido.
Los motores en el arranque consumen, por ejemplo, de 4
a 8 veces la corriente nominal, ya que requieren de una
potencia inicial alta para poder vencer todas las
resistencias desde el reposo del motor hasta su velocidad
nominal. En un motor trifásico la corriente de irrupción
generalmente dura entre 75-150 milisegundos con un pico
de corriente entre 500 % y 1200 %.
En el diseño y dimensionado del circuito de un motor se
deben tener en cuenta los requisitos minimos de
seguridad establecidos en la norma oficial mexicana
NOM-001-SEDE, haciendo uso de las tablas y
nomenclatura contenidas en su versión actual.
Corrientes de arranque, de funcionamiento y
nominal del motor
Si bien esta corriente in-Rush es de corta duración, este
aumento puede crear problemas ya que puede acortar la
vida útil del sistema eléctrico. El fenómeno de la corriente
in-Rush es probablemente el proceso transitorio más
común asociado a la explotación de los transformadores
debido a la habitual realización de maniobras de conexión
y desconexión. Los valores elevados de corriente de inRush pueden causar también una serie de efectos
nocivos a los sistemas eléctricos, tales como caídas
momentáneas de tensión, sobretensiones armónicas
temporales, estrés electromecánico en los devanados,
deterioro del aislamiento, etc.
Para un mejor entendimiento de los cálculos necesarios
para los circuitos de motores, se expondrán algunos
conceptos básicos para su mejor comprensión.
Debido a lo mencionado anteriormente, la medición
precisa de la corriente de entrada es un elemento crítico
de la instalación de un sistema eléctrico o motor.
Corriente de arranque del Motor. Cuando los motores
de inducción se energizan, demanda una cantidad de
corriente mucho mayor que la corriente de funcionamiento
normal, aproximadamente de 4 a 8 veces la corriente
nominal lo que en promedio es 6 veces esa misma
corriente, ese aumento de corriente en el motor es para
configurar el campo magnético que lo rodea y superar la
falta de momento angular del motor y su carga en el
cambio de condición estable al de iniciar el movimiento
rotacional.
Cada motor debe contar con una placa de características,
en idioma español, fácilmente visible y firmemente sujeta
al motor con remaches del mismo material que las placas.
Deben ser de acero inoxidable, la pintura del motor no
debe cubrirlas, la información debe ser grabada en el
metal de las placas de tal manera que pueda ser leída,
aunque desaparezcan la coloración e impresiones de
superficie.
IARRANQUE = 6 x IN
A medida que el motor aumenta a la velocidad de
deslizamiento, la corriente absorbida disminuye para
igualar:
La Sección 430-7. Marcado en los motores y equipos
con varios motores, establece cuales deben ser los
datos que se deben tener impresos en dicha placa.
(1) la corriente requerida a la tensión suministrada
para suministrar la carga y
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(2) las pérdidas por efecto del viento y fricción en el
motor en el sistema de carga y transmisión.
de inducción de mayores capacidades tienen una
eficiencia operativa de plena carga de aproximadamente
97.5 por ciento.
Un motor que funciona a velocidad de deslizamiento y que
suministra la potencia de la placa de datos, ya que la
carga debe demandar la corriente impresa en la placa de
datos, y esa corriente debe satisfacer la ecuación.
V x IN x f.p. x ƞ x √3
C.P. = ------------------------------746
C.P.
V
IN
f.p.
ƞ
Potencia del motor en Caballos potencia
Voltaje de operacion del motor
Corriente nominal o de plena carga del motor
Factor de potencia del motor
Eficiencia del motor
Corriente nominal. La potencia nominal es la potencia
máxima que demanda una máquina o aparato en
condiciones de uso normales; esto quiere decir que el
aparato está diseñado para soportar esa cantidad de
potencia, sin embargo debido a fluctuaciones en la
corriente, al uso excesivo o continuo, o en situaciones de
uso distintas a las del diseño, la potencia real puede diferir
de la nominal, siendo más alta o más baja.
Los motores de inducción típicos tienen un factor de
potencia de arranque del 10 al 20 por ciento y un factor de
potencia de funcionamiento a plena carga del 80 al 90 por
ciento. Derivado de sus bobinados son la causa de la baja
en el factor de potencia en los sistemas eléctricos, con la
consecuente penalización en la facturación de energía
eléctrica y la falta de cumplimiento a las reglas
establecidas en el Codigo de Red.
Esta potencia máxima que es dada por el diseño propio
del fabricante de motores, demandará entonces su
corriente máxima nominal y que deberá ser impresa en la
placa de caracteristicas.
Corriente de rotor bloqueado. Se define como la
corriente que circula por un motor con su rotor bloqueado,
relacionada con la corriente de arranque y con la de
cortocircuito que se maneja en los ensayos de motores.
En el caso de motores, el temino que aparece en la placa
de datos, y que define a la corriente de rotor bloqueado,
es la Letra de Código (Code Letter en inglés), definida
como la corriente consumida a plena tensión con el rotor
Los motores de inducción de pequeña capacidad en C.P.
tienen una eficiencia operativa de carga completa de
aproximadamente 92 por ciento, mientras que los motores
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trabado, sin posibilidad de giro. Es una condición estable,
no transitoria.
Ejemplo.
Se desea instalar un motor de inducción trifasico con letra
de código H, de 50 CP, que funciona a 460 V.
Dado que se fabrican muchos tipos de motores de
inducción, la corriente de entrada de un motor individual
es importante para diseñar el sistema de suministro de
energía eléctrica para ese motor. Para este propósito, la
placa de datos de cada motor contiene una letra de
código que indica la capacidad de carga de arranque en
kilovolts/caballos de fuerza del motor. En la Tabla 4307(b).- Letras de código de indicación para rotor
bloqueado se muestran las distintas letras de código y
sus significados en kVA y potencia aproximada.
¿Cuánta corriente in-rush demandara el motor durante su
arranque en un sistema de 480 volts?
Paso 1. Determinar el consumo de kVA a rotor bloqueado
del motor; y esto se obtiene con la referencia de la letra
de código, Tabla 430-7(b).
Una letra de código H designa que el motor demanda
entre 6.30 y 7.09 kVA por CP de la placa de datos.
Entonces este motor demandara una potencia al arranque
(rotor bloqueado) de:
Letra de
Código
Kilovoltamperes por caballo de fuerza
con el rotor bloqueado
A
0 – 3.14
B
3.15 – 3.54
C
3.55 – 3.99
D
4.0 – 4.49
P = V x I x 1.732
E
4.50 – 4.99
354,500 = 480 x I x 1.732
F
5.0 – 5.59
G
5.6 – 6.29
H
6.30 – 7.09
J
7.10 – 7.99
K
8.0 – 8.99
L
9.0 – 9.99
M
10.0 – 11.19
N
11.2 -12.49
P
12.50 – 13.99
R
14.0 – 15.99
S
16.0 – 17.99
T
18.0 – 19.99
U
20.0 – 22.39
V
22.40 en adelante
kVA = (7.09 kVA/CP) X 50 CP = 345.5 kVA
Paso 2. Calculando la corriente in-rush
I = 426.4 Amperes
Durante el arranque del motor, la corriente de rotor
bloqueado demandada es hasta de 426.4 Amperes.
Debido a los elementos enumerados anteriormente, los
motores que producen cargas constantes de kVA exigen
demandas en el sistema de energía eléctrica que son
extraordinarias en comparación con las demandas de
cargas de kilowatts constantes. Para ponerlos en
operación, el sistema de protección contra sobrecorriente
debe permitir que la corriente de arranque, fluya durante
el período de arranque normal, y luego la sobrecorriente
de
funcionamiento
del
motor
debe
limitarse
aproximadamente a la capacidad nominal de la corriente
de plena carga indicada en la placa de datos. Si la
duración de la corriente del rotor bloqueado es demasiado
alta, el motor se sobrecalentará debido a la acumulación
de calor I2R, y si el consumo de corriente en un tiempo
largo es demasiado alto, el motor también se
sobrecalentará debido al calentamiento I2R.
Con estos valores, la corriente de entrada para un motor
específico se puede calcular como:
La Norma Oficial Mexicana establece limitaciones tanto en
la corriente de entrada como en la corriente de
funcionamiento, así como también proporciona una
metodología para determinar la corriente nominal del
interruptor de desconexión del motor.
(valor de letra de código x C.P. x 1000)
Iinrush = ------------------------------------------------------(√3 x Voltaje)
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La Tabla 430-52.- Ajuste máximo de los dispositivos
de protección contra cortocircuito y falla a tierra para
circuitos derivados de motores proporciona la
información de capacidades máximas de los dispositivos
de protección contra sobrecorriente del circuito derivado
del motor instalados en el lado de alimentación, parte de
esta tabla se muestra a continuación:
Tipo de
Motor
Motores
monofasicos
Motores
polifasicos
ca
De jaula de
ardilla
Diseño B
jaula de
ardilla
Sincronicos3
Con rotor
devanado
De corriente
continua
% de la corriente de plena carga
Fusible
Fusible de
Interruptor
sin
dos
automatico
1
retardo
elementos
de disparo
de
(con retardo
instantáneo
tiempo
de tiempo)
Tabla 430-250.- Corriente a plena carga de motores
trifásicos de corriente alterna.
Interruptor
automatico
de tiempo
inverso2
300
175
800
250
300
175
800
250
Corrientes en los motores eléctricos
300
175
800
250
300
175
1100
250
300
175
800
250
150
150
800
150
150
150
250
150
Cálculos de Motores
La carga del motor. Con los principales cambios en la
NOM-001-SEDE-2018 en el Artículo 100 Definiciones y
Articulo 110 Requisitos de las instalaciones
electricas, es necesario entender su lenguaje para
aplicarla de manera efectiva. Esto es especialmente cierto
cuando se diseñan circuitos de motores. El circuito del
motor tiene muchos términos que parecen ser
intercambiables con algunos términos más comúnmente
utilizados, pero no lo son, y comprender cómo y cuándo
usar estos términos es clave cuando se diseñan circuitos
de motores que cumplen con los requisitos de la NOM y
permiten que el motor funcione como se espera.
Por ejemplo, un motor de 50 CP, Diseño B, 460 V, 3
fases, el motor tiene una corriente de plena carga de 65 A
a 460 V. La capacidad máxima de un interruptor de
tiempo inverso protegiendo al circuito derivado de un
motor sera de 65 A x 250 %, o 162.5 A. La siguiente
capacidad más alta normalizada es de 175 A, por lo que
175 A es la capacidad máxima que se puede utilizar para
protección del circuito del motor.
Vocabulario: Los siguientes términos nos ayudaran a dar
una adecuada interpretación a los conceptos básicos de
la instalación de motores:
Corriente a plena carga o de funcionamiento del
motor
Las siguientes tablas muestran las corrientes a plena
carga de motores de distintas capacidades y a distintos
niveles de tensión:
Ampacidad – Articulo 100 Definición, Tabla 31015(b)(16).- Ampacidades permisibles . . . . . . .
Carga Continua – Articulo 100, Sección 210-9(a)(1)
Servicio Continuo – Sección 430-22. Un solo motor,
Sección 430-32. Motores de servicio continuo
Corriente a plena carga – Sección 430-6, Tabla 430250.
Tablas de corrientes de plena carga para motores de
inducción de CA, monofásicos una fase, monofásicos dos
fases y trifásicos a tres fases:
Tabla 430-248.- Corriente a plena carga de motores
monofasicos de corriente alterna.
Circuito derivado del motor – Articulo 100, Sección
430-31
Tabla 430-250.- Corriente a plena carga para motores
de dos fases de corriente alterna (4 hilos).
Sobrecarga – Sección 430 – 32.
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Comprendiendo las palabras básicas de este vocabulario,
nos ayudara a entender cómo aplicar la NOM cuando
realicemos cálculos de circuitos de motores.
La Figura 430-1 proporciona un diagrama del circuito del
motor para ilustrar el contenido del Artículo 430. Este
boletin cubrirá las secciones que se aplican a la
instalacion de motores. Este es un analisis de cuatro
pasos que cubrirá los cálculos básicos del circuito
derivado del motor de CA:
La potencia de un motor la medimos basándonos en sus
caballos potencia (C.P.). La potencia es la relación a la
cual se realiza trabajo.
Un motor de 1 C.P. deberá desarrollar el trabajo de 1
caballo, o la potencia para mover una carga de 75 kg a 1
m de altura en un tiempo de 1 segundo.
75 kg x 1 m
1 CP = ------------------1 seg
Parte A – La carga de motor,
Parte B– Conductores del circuito del motor,
Parte C – Protección contra sobrecarga, y
Parte D – Protección contra cortocircuito y falla a tierra.
El circuito del motor es uno de los circuitos más difíciles
de entender cuando se trata de aplicar toda la información
proporcionada en la NOM para dimensionar los
conductores del circuito del motor, la protección contra
sobrecarga del motor y la protección de falla a tierra, de
cortocircuito del circuito derivado del motor.
El equivalente eléctrico de 1 caballo potencia (C.P.) es de
746 watts. Un motor, por diseño, trabajará de acuerdo a
su capacidad de carga y debe protegerse de sí mismo
contra sobrecarga, cuando esta sea reabasada de
acuerdo a su diseño.
Se debe comprender la terminología utilizada en la NOM
para diseñar un circuito derivado de un motor que
funcione como se espera y dentro del propósito de la
NOM, que es la protección práctica de personas y
propiedades contra riesgos eléctricos.
Un circuito de motor calculado adecuadamente, diseñado
dentro de los parámetros de la NOM, funcionará dentro de
su capacidad tanto del diseño del motor como del circuito
derivado del motor, mientras protege al motor y los
conductores del circuito del motor.
Un circuito debe estar diseñado con la capacidad de la
carga por alimentar. La ampacidad de un conductor de
circuito derivado debe ser tener suficientemente tamaño
para transportar la corriente de carga, Sección 21019(a)(1) General. El dispositivo de protección contra
sobrecorriente debe estar diseñado para proteger el
conductor, Sección 240-4. Protección de los
conductores. Esto no es nada nuevo, pero la forma en
De acuerdo con lo establecido en el Alcance, la Sección
430-1, del Artículo 430, este cubre a los motores,
conductores del circuito derivado de motores, los
conductores de alimentación, su protección contra
sobrecorriente, protección contra sobrecarga del motor,
circuitos de control de motores, controladores de motores
y centros de control de motores.
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que lo hacemos es muy diferente al calcular los circuitos
del motor.
Para determinar la corriente de carga, la corriente nominal
en amperes de un motor trifásico de 460 VCA y 30 C.P.,
22.4 kW, se busca en la Tabla 430-250.
Primero se debe comprender la carga del motor. Cargar
es una de esas palabras que no siempre es lo que
parece. Es un sustantivo, pero también es un verbo. Es
como un cocinero que cocina.
Encuentre la potencia del motor en la columna de la
izquierda y ubique la corriente de plena carga correcta
debajo de la columna de 460 volts - 40 amperes. Esta es
la corriente a plena carga del motor, el valor utilizado para
calcular la ampacidad mínima permitida del circuito del
motor. No son los 38 amperes que se muestran en la
placa de características o de datos.
Una carga, carga un circuito. Uno es el dispositivo, la
carga del motor, y el otro es lo que hace a un circuito,
carga un circuito; cuanto mayor es la carga que mueve,
mayor es la corriente de carga que demanda o consume.
Determinar la corriente correcta a plena carga de un
motor es el primer paso en la determinación de la
ampacidad mínima permitida de los conductores del
circuito del motor.
Debemos entender la carga del motor para comenzar a
comprender cómo dimensionar los conductores del
circuito del motor. Los conductores se utilizan en función
de su ampacidad. La ampacidad se define como la
corriente máxima, en amperes, que un conductor puede
transportar continuamente en las condiciones de uso sin
exceder su capacidad de temperatura. Los cables se
dimensionan según su corriente de carga y el entorno en
el que operan.
La Sección 430-6, Determinación de la ampacidad y
del valor nominal de los Motores, establece los
parámetros que se aplican a las distintas aplicaciones del
motor y explica que los conductores utilizados con
motores se dimensionan de acuerdo con las tablas de
ampacidad indicadas en la NOM de acuerdo con la
Sección 310-15(b) Tablas.
La ampacidad requerida y la capacidad del motor se
determinarán según se especifica en la Sección 430-6(a)
Motores para aplicaciones generales, (b) Motores de
alto par, (c) Motores con tensión ajustable en
corriente alterna y (d) Ensambles de válvulas
activadas por motor.
Comprender dónde encontrar la carga del motor, la
corriente a plena carga de un motor, es el primer paso
para dimensionar los conductores de circuito derivado del
motor. Explicaremos cómo se usa esta información para
calcular la ampacidad de los conductores del circuito
derivado del motor.
Para aplicaciones generales de motores, las capacidades
de corriente se determinarán en función de la Sección
430-6(a)(1) Valores de las tablas y la Sección 4306(a)(2) Valores de la placa de caracteristicas.
Parte B: Conductores del Circuito de Motor
Los valores de corriente de plena carga del motor dados
en las Tablas 430-247 a 430-250 deben usarse para
determinar la ampacidad de conductores en los circuitos
del motor. El valor determinado por la tabla apropiada es
la corriente de carga del motor utilizada para determinar la
ampacidad de los conductores del circuito del motor, las
capacidades de los interruptores y la protección contra
cortocircuitos y fallas a tierra del circuito derivado. No es
la corriente nominal marcada en la placa de datos del
motor.
Esta es la Parte B diseñada para ayudar a explicar cómo
calcular adecuadamente los circuitos del motor. En la
Parte A: La carga del motor, se determino la carga para
aplicaciones generales del motor, Sección 430-6(a)(1)
Valores de las tablas. Los valores de las tablas se
utilizarán para determinar la ampacidad de los
conductores ... en lugar de utilizar la corriente nominal real
marcada en la placa de características o datos del motor.
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La corriente a plena carga del motor, la corriente utilizada
para determinar la ampacidad necesaria para dimensionar
adecuadamente los conductores del circuito del motor, se
encuentra en el Artículo 430 utilizando las Tablas 430248 para Motores de CA Monofásicos y 430-250 para
Motores de CA Trifásicos.
Cargas de propósito específico (según las instrucciones)
2. Determine el material del conductor y el tipo de
aislamiento
Cobre (
)
Aluminio (
)
3. Aplicación de los requisitos generales del Articulo
310
La Parte B Conductores del circuito del motor indica
cuales son los requisitos minimos de seguridad para
dimensionar los conductores del circuito del motor.
Factor de corrección por temperatura ambiente,
Sección 310-15(b)(2) Factores de corrección de
temperatura ambiente.
Selección del tipo de aislamiento, Sección 310-104.Construcción y aplicación de los conductores,
Tabla 310-104(a).- Aplicación y aislamientos de
conductores de 600 volts.
Factores de ajuste por agrupamiento, Sección 31015(3)(a) Factores de ajuste, Tabla 310-15(b)(3)(a).Factores de ajuste para mas de tres conductores
portadores de corriente en una canalización o
cable
Calculo de la ampacidad permitida, Sección 310-15.
Ampacidad para conductores con tensión de 02000 volts, Tabla 310-15(b)(16).
4. Determine la capacidad de las terminales del
equipo,
Sección
110-14(c)
Limitaciones
por
temperatura.
El circuito derivado del motor
Hay dos condiciones que deben cumplirse al dimensionar
los conductores del circuito derivado, los conductores del
circuito derivado deben tener una ampacidad no inferior a
la corriente de carga máxima que se debe cumplir
después de la aplicación de cualquier factor de ajuste o
corrección, Sección 210-19(a)(1) General, y estarán
protegidos contra sobrecorriente de acuerdo con sus
ampacidades, Sección 240-4. Protección de los
conductores. Los conductores del circuito derivado
deben dimensionarse para transportar su carga calculada
y tener una protección contra sobrecorriente adecuada.
≤ 100A use la ampacidad de la columna de 60°C, a no
ser que este marcado para 75°C
> 100A use la ampacidad de la columna de 75°C
5. Determine el tamaño del conductor hacienda uso
de la Tabla 310-15(b)(16), Ampacidades permitidas
para conductores aislados.
Al dimensionar un circuito derivado para un solo motor, la
corriente de carga del motor se determina usando la tabla
apropiada y luego multiplicando ese número por 1.25. La
referencia de la Sección 430-22. Un solo motor, ha
determinado que los conductores que suministran un
motor único utilizado en aplicaciones de servicio continuo
deben tener una ampacidad de no menos del 125 por
ciento de la corriente nominal de plena carga del motor.
Un motor de servicio continuo se trata como una carga
continua, una carga donde se espera que la corriente
máxima continúe durante tres horas o más. Las cargas
continuas tienen un factor multiplicador de 125 % aplicado
Los siguientes pasos se utilizan para dimensionar los
circuitos derivados, los conductores del circuito entre el
dispositivo de sobrecorriente final que protege el circuito y
la(s) salida(s), incluidos los circuitos derivados del motor.
1. Determinar la carga
Cargas No continuas (100%)
Cargas Continuas (multiplicador 125 %)
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al dimensionar circuitos derivados y protección contra
sobrecorriente.
Paso 3. Los factores de corrección y ajuste se aplican de
la misma manera a los circuitos del motor que a otros
circuitos;
La corriente del motor se determina usando la tabla
apropiada en el Artículo 430; Este es el valor de corriente
de plena carga del motor utilizado para determinar la
ampacidad mínima permitida del conductor del circuito
derivado para un solo motor. Por ejemplo, la carga
calculada para un motor trifásico de 10 HP de 460 V se
determina utilizando la Tabla 430-250, y los conductores
deben tener una ampacidad de no menos del 125 % de la
corriente de plena carga del motor, o 14 A x 1.25 = 17.5A,
o 18 A, Sección 220-5(b) Fracciones de un ampere.
Paso 4. Las terminales de los motores normalmente
tienen capacidades nominales de 75 °C; y
Paso 5. la ampacidad permitida del conductor
seleccionado debera multiplicarse por todos los factores
de corrección y ajuste para determinar que el valor
calculado es mayor que la corriente de carga calculada
del motor.
Ejemplo:
¿Calcular el tamaño de los conductores para un circuito
derivado de motor de 40 C.P., trifásico, 460 volts,
instalado en un lugar con temperatura ambiente de 41 oC?
Respuesta: (4 AWG).
Solución:
La corriente de plena carga para un motor trifásico de 460
Volts de 40 C.P. es:
Paso 1. De la Tabla 430-250:
Ipc = 52 A,
Para un motor considerado carga continua:
Icorregida = 52 A x 1.25 = 65A.
Paso 2. De la Tabla 30-15(b)(16), seleccionamos el
tamaño del cable con aislamiento THWN en la columna
de 75 oC:
Tabla 430-250.- Corriente de plena carga para un motor
trifásico 10 C.P., 460 volts
Consideremos cómo aplicar los pasos utilizados para
dimensionar circuitos derivados para calcular el tamaño
de los conductores de circuitos de motor:
Paso 1. Ya hemos determinado que los valores de la
tabla se usan para determinar las corrientes de plena
carga del motor afectada por un factor multiplicador de
1.25 cuando la carga es continua;
Paso 2. Normalmente utilizamos conductores de cobre
para circuitos de motor;
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La ampacidad corregida para un conductor de cobre
tamaño (4 AWG) con aislamiento THWN es:
Ic = 85 A x 0.82 = 70 Amperes
La ampacidad corregida Ic del cable tamaño (4 AWG) con
aislamiento THWN de 70 A es mayor que la carga
calculada del motor a 65 A.
Una vez que comprendamos cómo realizar el cálculo para
dimensionar los conductores del circuito para un solo
motor, será mucho más fácil comprender cómo calcular
los circuitos con varios motores y con cargas combinadas.
Estos pasos se dan en la Sección 430-24, Varios
motores o motores y otras cargas. Los conductores
deberán tener una ampacidad de no menos de la suma de
cada uno de los siguientes:
125 % de la corriente de plena carga del
Motor con la capacidad más alta
+
la suma de las corrientes de plena carga
de todos los demás motores del grupo
+
100 % de las cargas no continuas
que no son motor
+
el 125% de las cargas continuas
que no son motor
Corresponde a un conductor tamaño 21.2 mm2 (4 AWG)
con ampacidad de 85 Amperes
En los párrafos anteriores se ha explicado cómo
determinar la corriente de carga del motor que se utiliza
para seleccionar el tamaño de los conductores del circuito
del motor y cómo realizar los cálculos necesarios al
seleccionar el tamaño de los conductores del circuito del
motor.
Paso 3. El factor de corrección para un cable de cobre
con aislamiento THWN instalado en un lugar con una
temperatura ambiente de 41 °C es:
De la Tabla 430-15(b)(2)(a) obtenemos del factor de
corrección por temperatura:
A continuación, abordaremos lo referente al calculo y
selección de la protección contra sobrecarga del motor, se
explicará cómo seleccionar la correcta protección contra
sobrecarga para la instalación típica de un motor.
Parte C. Protección contra sobrecarga del motor
La sobrecarga del motor
Esta es el tercer paso para tratar de explicar cómo
calcular adecuadamente el circuito derivado de un motor.
Obteniendo el factor de corrección por
temperatura F.T. = 0.82
En el primer paso: la carga del motor, se mostro cómo
determinar la corriente de carga del motor para
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aplicaciones generales, usando la Sección 430-6(a)(1) la
que establece que valores de la tabla se utilizarán para
determinar la ampacidad de los conductores ... en lugar
de la corriente nominal marcada en la placa de
características o de datos del motor. Las tablas que se
utilizan con mayor frecuencia para determinar la corriente
de plena carga del motor son la Tablas 430-248 para
motores de CA monofásicos y la Tabla 430-250 para
motores de CA trifásicos.
determinar la corriente de plena carga y los conductores
del circuito derivado para instalaciones generales de
motores, Sección 430-6(a)(1).
La corriente nominal del motor, obtenida de la placa de
características o de datos, se utiliza para dimensionar la
corriente y seleccionar la protección contra sobrecarga del
motor por separado, Sección 430-6(a)(2).
La protección contra sobrecarga del motor calculada por
separado se basará en la corriente nominal de la placa de
características o de datos del motor.
En el segundo paso: Conductores del circuito del motor,
consideramos cómo dimensionar adecuadamente un
circuito derivado del motor típico utilizando la corriente de
carga del motor, como se determina con la tabla
apropiada y luego multiplicando ese número por el factor
multiplicador obtenido de la Tabla 430-22(e).- Servicio
por régimen de tiempo, o en su defecto utilizando el
factor 1.25 cuando el motor es para servicio continuo,
referencia Sección 430-22. Un solo motor,
La protección contra sobrecarga del motor es necesaria
para proteger el motor y ayudar a garantizar que el motor
funcione como se espera. Esta protección se encuentra
integrada junto con un contactor para formar al
controlador llamado “arrancador”:
Un motor de servicio continuo se trata como una carga
continua, una carga donde se espera que la corriente
máxima continúe funcionando durante tres horas o más.
Las cargas continuas tienen un factor multiplicador de 125
% aplicado al dimensionar circuitos derivados y
seleccionar los dispositivos de protección contra
sobrecorriente.
Controlador de motor “Arrancador)
El circuito del motor
El arrancador esta conformado de un contactor magnético
y la protección contra sobrecarga a base de dispositivos
llamados relevadores de sobrecarga.
Para determinar la corriente de plena carga del motor, se
debe utilizar la tabla adecuada establecida en la NOM
para el motor indicado, en lugar de la corriente nominal
marcada en la placa de características del motor, al
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El dispositivo de sobrecarga debe desconectarse cuando
sea necesario, pero debe permitir que el motor arranque y
transporte la corriente de carga de diseño. El dispositivo
de sobrecarga no puede desconectarse, o hacer que el
circuito del motor abra los conductores del circuito
derivado del motor, durante el arranque, y el dispositivo
de sobrecarga debe permitir que el motor transporte la
corriente de carga, para operar a corriente plena de
funcionamiento, Sección 460-32 (c).
Los dispositivos de protección contra sobrecarga se
dimensionan de acuerdo con la Sección 460-32(a) (1):
Relevador de sobrecarga
Los motores marcados con un factor de servicio de 1.15 o
mayor y marcados con una elevación de temperatura de
40 °C o menos se dimensionan al 125 % de la corriente
nominal de la placa de características o de datos, y todos
los demás motores son dimensionados al 115 % de la
corriente nominal de la placa de características o de datos
del motor.
Los motores de servicio continuo están protegidos contra
sobrecarga por un dispositivo de sobrecarga separado
(elemento térmico) con un tamaño entre 115 % y 125 %
de la corriente de nominal obtenida de la placa de
características o de datos del motor.
El factor de servicio (F.S.), y el aumento de temperatura
se encuentran marcados en la placa de caracteristicas o
de datos del motor.
Factor de servicio: es el factor de sobrecarga que puede
ser aplicado a la potencia nominal de motor bajo las
condiciones especificadas para el mismo, sin que el motor
sufra ningún tipo de daño o deterioro. Generalmente este
factor es relacionado con la corriente nominal del motor y
tiene un valor típico entre 1.05 y 1.25.
Elemento térmico
Los fabricantes de motores han diseñado varios tipos de
dispositivos de sobrecarga separados con elementos de
detección que se "desconectarán" cuando el motor esté
sobrecargado.
Las sobrecargas pueden tener una capacidad superior a
la determinada por la Sección 430-32(a)(1) Dispositivo
separado de protección contra sobrecarga si el
elemento sensor o la configuración del dispositivo de
sobrecarga seleccionado de acuerdo con la Sección 46032(a)(1) ... no es suficiente para arrancar el motor o
transportar la corriente de carga.
La corriente de disparo no debe exceder el 140 % de la
corriente nominal de la placa de características o de datos
del motor, para motores marcados con un factor de
servicio 1.15 o mayor y marcados con una elevación de
temperatura de 40 °C o menos, y 130 % para todos los
demás motores, Sección 430-32(c) Selección del
dispositivo de protección contra sobrecarga.
Relevador de sobrecarga termico
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Prueba tus conocimientos
3. Con un voltaje de línea de 460 V y una corriente de
plena carga de 2.5 A, con un factor de servicio de 1,15 y
una temperatura nominal de 40 °C, las sobrecargas tienen
un tamaño de 3,125 A. Las sobrecargas se determinan
utilizando el 125 % de la Inominal, 2.5 x 1.25 = 3.125 A.
4. El tamaño máximo permitido para las sobrecargas para
este motor es de 3.5 A. Las sobrecargas pueden
dimensionarse al 140 % de la Inominal si las sobrecargas
se disparan a la carga nominal o no permiten que el motor
arranque, 2.5 A x 1.4 = 3.5 A.
Un motor de inducción excederá su corriente nominal
cuando se utiliza a través de los distintos métodos de
arranque existentes, a menudo, durante el funcionamiento
normal. Esto sucederá en el arranque y cuando la
corriente de carga que transporta o conduce el motor
excede la potencia nominal de diseño del motor.
La mayoría de los motores de inducción tendrán una
corriente de arranque de 4 a 8 veces la corriente de
funcionamiento (el promedio es de 6 veces la corriente
nominal).
Usando la placa de identificación anterior:
1. ¿Cuál es la potencia del motor?
______________________________________________
Corriente de rotor bloqueado: es la corriente que toma
el motor cuando está detenido y se le aplica su voltaje
nominal. La corriente típica de rotor bloqueado para el
universo de motores está en el rango entre 4.00 y 7.50
veces la corriente nominal del motor. En el primer ciclo del
voltaje aplicado se desarrolla la corriente transitoria de
arranque (inrush) que es mayor a la corriente de rotor
bloqueado.
2. ¿Cual es la corriente nominal de la placa de
características o de datos, para este motor funcionando a
460 Volts?
3. ¿Qué tamaño de sobrecarga se requiere?
4. ¿Cuál es el tamaño máximo permitido si las
sobrecargas se disparan mientras transportan la corriente
de carga nominal?
______________________________________________
Esta corriente de rotor bloqueado debe tenerse en cuenta
al diseñar circuitos de motor, especialmente cuando la
caída de voltaje es una preocupación.
La corriente del rotor bloqueado se puede determinar
utilizando la letra del código de indicación del rotor
bloqueado de la placa de datos marcada en la placa de
datos del motor y aplicando la información de acuerdo con
la Tabla 430-7(b).- Letras de código de indicación del
rotor bloqueado. El uso de la letra de Código con los
multiplicadores que se encuentran en la Tabla le permitirá
calcular una corriente de rotor bloqueado "min-max"
esperada. Por ejemplo: los multiplicadores para un motor
con una letra de código indicadora de rotor bloqueado de
"K" son 8.0-8.99. Esto significa que este motor tendrá
entre 8 y 8,99 kilovolts-ampere por caballo de fuerza con
rotor bloqueado. Un motor trifásico de 10 C.P., 460 VCA
tendrá entre 100-113 A de corriente de rotor bloqueado.
Respuestas con explicaciones:
1. Este es un motor trifásico de 2 HP. Vea la información
en el bloque al lado de "H.P.".
2. La corriente nomina es de 2.5 Amperes a 460 Volts. E
simbolo "/" indica que el motor puede funcionar a más de
un valor de voltaje de línea. La mayoría de los motores
trifásicos son motores de "doble voltaje". Esto significa
que se pueden cablear para operar con menor o mayor
voltaje, típicamente 230 V / 460 V. Este motor funcionará
utilizando 208-230 V y 460 V. La corriente sigue el mismo
diseño, 5.3-5 A, 5.3 A a 208 V, 5 A a 230 V y 2.5 A a
460V.
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Aplique la fórmula de potencia utilizando la información
dada: I = P / E, la corriente es igual a la potencia dividida
por el voltaje.
Parte D. Protección del circuito derivado del motor
contra cortocircuito y falla a tierra.
La protección contra sobrecorriente de cortocircuito y falla
a tierra es el paso final de una serie de cuatro pasos. La
serie se titula "Cálculos del motor" y cubre los requisitos
establecidos en la NOM asi como los cálculos para
aplicaciones generales de motores individuales. En las
partes I - III discutimos el cálculo de la carga del motor, la
ampacidad de los conductores del circuito derivado del
motor y cómo dimensionar adecuadamente la protección
contra sobrecarga del motor. Los dispositivos de
protección contra cortocircuitos y fallas a tierra no evitan
cortocircuitos o fallas a tierra. Protegen el circuito derivado
del motor, los cables entre el último dispositivo de
protección contra sobrecorriente y el motor, en caso de
cortocircuito o falla a tierra.
10 CP x 8 kVA
A = ----------------------460 V x 1.732
80,000 VA
A = ----------------- = 100 A
797 V
Este es el valor mínimo de corriente de rotor bloqueado
esperado, y 113 A es la corriente máxima de rotor
bloquedo esperado usando un multiplicador de 8.99 kVA.
Un motor típico trifásico de 10 HP, 460 V, con letra de
código en K tiene una corriente de plena carga de 14 A y
una corriente de rotor bloqueado de 100-113A.
La Parte A y la Parte B de esta serie explicaron cómo
determinar la carga del motor utilizada al dimensionar los
conductores del circuito derivado del motor y cómo
realizar los cálculos necesarios para dimensionar los
conductores del circuito derivado del motor. Parte III: La
sobrecarga del motor, explica cómo dimensionar
adecuadamente la protección contra sobrecarga para una
instalación de motor típica usando protección de
sobrecarga separada, y la Parte IV discutirá cómo
dimensionar adecuadamente la protección contra
cortocircuitos, cortocircuitos y fallas a tierra del motor.
La protección contra sobrecarga está diseñada para
proteger el motor en condiciones de sobrecarga
desconectando el motor del circuito en caso de una
condición de sobrecarga. También deben permitir que el
motor elimine una condición de sobrecarga típica, es
decir, la corriente durante el arranque.
Las sobrecargas deben dimensionarse para permitir que
el motor arranque en condiciones normales de arranque.
La protección contra sobrecarga no está diseñada para
proteger a los conductores de circuito derivado durante
condiciones de cortocircuito o falla a tierra.
Placa de características de motor electrico
Se utilizan fusibles e interruptores automáticos
adecuadamente seleccionados y dimensionados para
proteger los conductores del circuito derivado del motor.
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Se espera que el motor eléctrico funcione en algunos de
los entornos más difíciles, en algunas de las condiciones
más extremas, y ... debido a esto, a veces fallará. Uno de
los tipos más comunes de fallas es un devanado en corto
a menudo causado por un funcionamiento continuo en
condiciones
de
sobrecarga,
vibración
excesiva,
sobretemperatura y/o condiciones húmedas y mojadas. La
falla de devanado a devanado, también conocida como
cortocircuito de fase a fase, no es una falla infrecuente del
motor en estas condiciones. Este tipo de falla causará una
sobre elevación inmediata de corriente, corriente de
cortocircuito, y debera disparar el interruptor o fundir el
fusible encargado de la protección contra cortocircuito
utilizada en el circuito del motor. Otra falla común es
cuando el devanado se pone en cortocircuito a la carcasa
o envolvente, se producirá una falla a tierra y se abrirá el
dispositivo de protección contra falla a tierra. Cualquiera
de estas fallas causará una gran entrada de corriente que
debería abrir el dispositivo de protección de circuito
derivado que desconecta el motor del circuito.
De acuerdo con la Sección 430-52(c)(1), la capacidad del
dispositivo de protección no debe exceder este valor,
Sección 430-52(c)(1) Capacidad o configuración para un
circuito de motor individual. Capacidad o configuración. A
menos que el valor calculado no se corresponda con un
fusible de tamaño estándar o un interruptor, se permite la
siguiente capacidad de corriente estándar más alta,
Sección 430-52(c)(1) Excepción No. 1. Esta excepción
permite que los fusibles de doble elementos se
dimensionen en el siguiente tamaño estándar más alto, o
50 A, Sección 240-6(a).
Determine la capacidad máxima para un dispositivo de
protección de falla a tierra de cortocircuito del circuito
derivado permitido para un interruptor de tiempo inverso
para un motor trifásico de 15 CP, 460 VCA. Primero,
determine la corriente de plena carga del motor usando la
Tabla 430-250 y aplique el valor porcentual del factor de
la Tabla 430-52; 21 A x 2.50 = 52.5 A. La capacidad
máxima permitida para un interruptor de tiempo inverso
para ser utilizado en este circuito es 60 A, Sección 2406(a).
Los fusibles e interruptores automáticos se utilizan para
protección contra cortocircuitos y fallas a tierra del circuito
derivado del motor. Los fusibles de doble elemento (con
retardo de tiempo) y los interruptores automáticos de
tiempo inverso son los dos tipos más comunes utilizados
para proteger los circuitos derivados del motor. Estos
dispositivos se dimensionan utilizando la Tabla 430-52.Ajuste máximo de los dispositivos de protección
contra cortocircuito y falla a tierra para circuitos
derivados de motores. Estos dispositivos de protección
se dimensionan utilizando un "porcentaje de la corriente
de plena carga" del motor. Los porcentajes utilizados para
los circuitos de motor de CA generales son 175% para
fusibles de retardo de tiempo y 250% para interruptores
automáticos de tiempo inverso. La corriente de carga
completa se determina utilizando las tablas de motores
que se encuentran en el artículo 430 como se explica en
la Sección 430-6(a)(1). Para aplicaciones generales de
motores, las corrientes nominales se determinarán con
base en los valores dados en las Tablas 430-247 a 430250. Estos valores se utilizarán para determinar la
ampacidad de los conductores o los valores nominales de
amperes de los interruptores, cortocircuito de circuito
derivado y protección de falla a tierra, en lugar de la
corriente nominal marcada en la placa de datos del motor.
Una vez más, para determinar el tamaño máximo
permitido del dispositivo de protección de falla a tierra de
cortocircuito del circuito derivado del motor:
1. Use la corriente de plena carga del motor de las
Tablas del motor, 430-247 a 430-250.
2. Multiplique este valor por el porcentaje apropiado
que se muestra en la Tabla 430-52.
3. Luego, use el siguiente tamaño estándar más alto,
Tabla 240-6(a). Este último paso está de acuerdo con
la Excepción No. 1 que sigue a la Sección 43052(c)(1). Existen excepciones adicionales que se
aplican al dispositivo de protección específico cuando
la capacidad no es suficiente para la corriente de
arranque del motor, Excepciones No. 2 (1 a 4).
Estas excepciones permiten un aumento adicional en la
capacidad del dispositivo de protección si la capacidad no
es suficiente para la corriente de arranque del motor, si el
dispositivo de protección se abre durante el arranque.
Bajo estas excepciones, se permite aumentar la
capacidad del dispositivo, pero en ningún caso excederá
este valor. El tipo de protección utilizada determina la
capacidad máxima permitida con estas excepciones:
Para calcular el tamaño máximo del fusible de doble
elemento permitido para un motor trifásico de 10 CP, 230
VCA, determine la corriente de plena carga usando la
Tabla 430-250. Luego, multiplique el valor, 28 A, por 175
%, 28 A x 1.75 = 49 A. Los fusibles de doble elemento no
vienen en un tamaño estándar de 49 A, Tabla 240-6(a).
(a) Los fusibles sin retardo de 600 A o menos pueden
dimensionarse hasta el 400% de la corriente de plena
carga del motor,
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(b) Los fusibles con retardo de tiempo pueden ser
dimensionados hasta 225% de la corriente de plena
carga,
encuentra en la Tabla 430-250 para motores que
funcionan continuamente, y la Sección 430-32. Motores
de servicio continuo, indica que la capacidad de disparo
por sobrecarga a largo plazo no debe ser superior al 115
por ciento de la corriente de la placa de datos del motor a
menos que el motor esté marcado de otra manera.
(c) Los interruptores automáticos de tiempo inverso
pueden dimensionarse hasta 400% para corrientes de
carga completa de 100 A o menos, 300% para
corrientes de carga completa mayores de 100 A, y
Tome en cuenta que los valores de disparo por
sobrecorriente del circuito derivado (la porción de tiempo
prolongado de un interruptor automático de disparo
termomagnético y la ampacidad de la curva de fusión del
fusible) se modifican en la Tabla 430-22(e).- Servicio por
régimen de tiempo para motores que no funcionan
continuamente.
(d) 300% para fusibles con capacidad de 601 a 6000A.
Tipo de
Motor
Motores
monofasicos
Motores
polifasicos
ca
De jaula de
ardilla
Diseño B
jaula de
ardilla
Sincronicos3
Con rotor
devanado
De corriente
continua
% de la corriente de plena carga
Fusible
Fusible de
Interruptor
sin
dos
automatico
retardo
elementos1
de disparo
de
(con retardo
instantáneo
tiempo
de tiempo)
Interruptor
automatico
de tiempo
inverso2
300
175
800
250
300
175
800
250
300
175
800
250
300
175
1100
250
300
175
800
250
150
150
800
150
150
150
250
150
Esto se ilustra con un ejemplo de muestra. Considere el
circuito mostrado a continuación:
Tabla 430-52 Ejemplo
Ejemplo:
¿De que capacidad nominal es el fusible con retardo de
tiempo máximo permitido a seleccionar, con excepción,
que se puede usar con un motor trifásico de 20 HP, 460
VCA, si la capacidad máxima es insuficiente para el
arranque del motor?.
Respuesta:
Se planea instalar y poner en funcionamiento un motor de
40 CP, 460 V, trifásico, letra de código G, factor de
servicio 1.0 para un sistema trifásico de 460 V. La
corriente en la placa de datos es 50 A. El motor está
clasificado para servicio continuo y la carga es continua.
27 A x 2.25 = 61A
La capacidad máxima permitida para este dispositivo es
60 A. No se debe exceder el 61 A calculado, por lo que se
debe dimensionar hasta 60 A.
¿Calcular los tamaños y capacidades de los elementos
del circuito derivado?
Cálculando la protección contra sobrecorriente del
circuito derivado del motor y el tamaño del cable
Paso 1. Obteniendo la corriente de plena carga del motor
de la tabla 430-250, es de 52 A, que es mayor que el valor
de la placa de datos.
La Sección 430-52 especifica que el tamaño mínimo del
circuito derivado del motor debe estar clasificado al 125
por ciento de la corriente de plena carga del motor que se
Paso 2. Determine el tamaño del cable:
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125 % x 52 A = 65 A.
De la Tabla 310-15(b)(16), se obtiene el tamaño del
conductor para este circuito derivado del motor,
correspondiendo a un cable tamaño: 21.2 mm2 (4 AWG).
Paso 3. Determine la capacidad del interruptor de tiempo
inverso:
250 % x 52 A = 130 A
la siguiente capacidad normalizada es de 150 A.
La recomendación es seleccionar al 200 % de la corriente
de plena carga este dispositivo, considerando que permita
al motor arrancar, por lo que en este el interruptor será de
3 Polos – 100 Amperes.
Paso 4. Determine la capacidad de los dispositivos de
protección contra sobrecarga térmica:
115 % x 50 A (corriente de placa de datos) = 57.5 A
Paso 5. Determine la corriente del interruptor de
desconexión:
115 % x 52 A = 59.8 A
Paso 6. Determine la capacidad en de HP del controlador:
40 HP (igual que la placa de datos del motor CP).
Paso 7. Conductor de puesta a tierra del equipo, obtenido
de la Tabla 250-122, con la capacidad de 100 Amperes, el
conductor de puesta a tierra del motor será de tamaño
8.37 mm2 (8AWG).
El circuito completo se verá así:
Responsable del boletin
ING. JESUS VELASCO SOLIS
CIMEQR
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