Cómo especificar un centro de control de motores correctamente (CCM)

Los centros de control de motores (MCC) se introdujeron por primera vez en 1937 como una forma de optimizar el espacio de la pared y/o el piso en las instalaciones industriales.

Antes de 1960, los arrancadores de motor montados en la pared se usaban incluso si solo se tenían unos pocos motores. Hoy en día, incluso si se necesitan algunos arrancadores de motor, por lo general se instalan dentro de un recinto vertical estandarizado con todas las características necesarias para su correcto funcionamiento.

Sin embargo, a diferencia de los años 50, cuando la gran mayoría de las cargas servidas por CCM eran motores eléctricos con arrancadores en línea, los CCM actuales pueden acomodar una amplia variedad de dispositivos diferentes requeridos en instalaciones modernas. Pero la especificación de esta popular pieza no debe darse por sentada.

Algunos parámetros clave en su especificación, incluyen ampacidad, material de bus (barraje Cu o Al) y cables de alimentación, esto podrían significar la diferencia entre una vida útil prolongada y confiable y una falla temprana y abrupta.

Ampacidad (Amperaje): Uno de los primeros elementos que se determinarán es la capacidad máxima del CCM. Básicamente, la ampacidad es la cantidad máxima de corriente que puede soportar el bus horizontal principal sin sobrecalentamiento.

La ampacidad mínima de un bus horizontal principal de un CCM es de 600A. Los tamaños más pequeños generalmente no están disponibles y se consideran artículos de «pedido especial». A menudo, estos CCM son de orden especial con ampacidad de bus más pequeña simplemente contienen una capacidad de bus de 600 A con un bus mas pequeño.

Siguiendo la capacidad en amperios del bus horizontal está la especificación de la ampacidad del bus vertical. La ampacidad mínima de un autobús vertical es 300A. Para la mayoría de los fabricantes tienen la ampacidad máxima de un bus horizontal en 2.000 A y la máxima capacidad de un bus vertical en 1.600 A, aunque algunos fabricantes afirman tener una capacidad máxima de hasta 5.000 A para un bus horizontal.

En general, si un grupo de cargas requiere más de 2.000 A, entonces sería mejor utilizar dos alineaciones de CCM por separado en lugar de una.

Otro tema a considerar cuando se especifica un CCM son los niveles de corriente de falla disponibles en el sistema de distribución de energía. La corriente de falla disponible es simplemente la cantidad de corriente eléctrica que fluiría si ocurriera un cortocircuito directo entre fases o de fase a tierra (fase-envolvente) dentro del CCM.

La características de interrupción de un dispositivo eléctrico se aplica principalmente a interruptores de circuito (Breakers/Disyuntores),  fusibles y otros dispositivos diseñados para interrumpir el flujo de corriente durante una falla a tierra y/o un cortocircuito.

Esta clasificación significa que el dispositivo de interrupción actual se abrirá y romperá el flujo de corriente hacia el equipo para protegerlo sin romper ni dañar el equipo o el personal cercano. La clasificación de cortocircuito de los equipos eléctricos es la máxima corriente de falla que el dispositivo puede manejar sin daños extensos a los componentes eléctricos del circuito.

Según la sección 110.10 del NEC 2017, «se considerará que los productos certificados enumerados aquí cumplen con los requisitos de esta sección.» Aunque un CCM puede tener una placa que indique una resistencia al cortocircuito de 42,000 A, por ejemplo, la clasificación general de cortocircuito de un CCM se basa en el dispositivo de interrupción del circuito instalado con la clasificación de interrupción de corriente más baja.

La cantidad de corriente disponible varía de instalación en instalación, dependiendo de la impedancia de la fuente de electricidad.

Por ejemplo, si se determina que la corriente de falla disponible es de 12,000 A en un punto, el MCC debe estar capacitado para soportar 12,000 A de corriente de falla durante el tiempo que le toma al dispositivo de protección contra sobrecorriente (OCPD) abrir y borrar la falla. Las certificaciones de corriente de falla de los dispositivos eléctricos están disponibles en clasificaciones semi-estándar. Algunas clasificaciones típicas son 10,000 A, 14,000 A, 14,000 A y 22,000 A.

La clasificación de resistencia a la corriente de falla de un CCM está determinada por el dispositivo con el amperaje de corto más bajo dentro del CCM. Si una estructura de bus (barraje) del CCM está clasificada para resistir 42,000 A y se instala un interruptor automático con un índice de resistencia a fallas de 18,000 A, entonces todo el conjunto de CCM tiene una clasificación de 18,000 A. Tenga en cuenta que la mayoría de los contactores de motores de clase NEMA están clasificados para soportar una corriente de falla de 5,000 A; algunos están calificados para 10,000A. A fin de tener en cuenta la menor resistencia nominal de corriente de falla de los contactores de motor (y evitar costosos daños por falla), se debe considerar un interruptor de protección de motor de limitación de corriente o fusibles limitadores de corriente que permitan el control del corto circuito antes de que llegase al contactor.

Tenga en cuenta que cuanto mayor sea la capacidad de interrupción de un dispositivo, mayor será el costo. Por lo tanto, se pueden obtener importantes ahorros de costos haciendo un análisis de cortocircuito de todos los circuitos.

Materiales del Bus (Material del barraje): El material utilizado para el bus eléctrico dentro del CCM es otro elemento que debe considerar cuidadosamente durante la especificación.

El tipo más común de material de bus (barraje) es el cobre. El aluminio puede usarse para reducir costos, pero el aluminio tiene su propios problemas. Por ejemplo, su expansión y contracción es mucho mayor que el cobre, lo que puede ocasionar el aflojamiento gradual de los pernos y otros sujetadores. Para tener en cuenta este efecto, se utilizan arandelas especiales con tensión de resorte para conectar el bus de aluminio a los soportes de bus aislados. Estos sujetadores deben apretarse adecuadamente según las recomendaciones del fabricante, o se perderá el efecto de resorte y se producirá un aflojamiento posterior de los sujetadores con el tiempo. Además, debido a su menor conductividad que el cobre, el bus de aluminio debe ser más grande para manejar el mismo nivel de corriente.

El bus de cobre, por otro lado, puede atornillarse fuertemente a los soportes internos, y los sujetadores rara vez se aflojan con el tiempo. Sin embargo, el cobre tiene sus propias deficiencias. Algunos entornos pueden presentar una atmósfera corrosiva para el bus de cobre, lo que provocará una falla eventual del CCM. Por ejemplo, el gas de amoníaco, que a menudo se usa en refrigerantes o en grandes enfriadores, atacará al cobre, también causará agrietamiento por corrosión.

Es posible proteger el bus de cobre de la corrosión cubriendo el bus con estaño. Aunque un recubrimiento de estaño se corroe, los productos de anticorrosión del estaño son relativamente delgados y fiables y no se descomponen mecánicamente, lo que permite una conexión de metal a metal continua confiable. El estaño también es anódico con respecto al cobre.

En otras palabras, si un bus de cobre recubierto de estaño se raya y el cobre subyacente queda expuesto, la lata se corroerá, mientras que el bus de cobre no lo hará. Otros ejemplos de entornos industriales corrosivos a los que debe prestarle atención son las plantas de celulosa, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, las plantas de generación de energía basadas en combustibles fósiles y los entornos marinos.

El recubrimiento del bus de cobre con plata es efectivo en algunos entornos, pero puede formar capas aislantes relativamente gruesas de sulfuro de plata. También puede ser atacado agresivamente por fuentes de cloruro. El cobre también es anódico a la plata, lo que significa que dada una unión metálica de cobre / plata, el cobre se corroerá mientras que la plata no lo hará.

Cables de alimentación: Uno de los problemas que comúnmente se pasan por alto al especificar y comprar un CCM es cómo los cables de alimentación principales entrarán al CCM. Por lo general, tiene dos opciones: aérea o subterránea.

Debido al hecho de que los cables de alimentación eléctrica que alimentan un CCM suelen ser numerosos y grandes, saber de antemano tener presente como se alimentará y tratar de eliminar las curvas de cable difíciles y/o los costosos cambios en campo necesarios para terminar de forma adecuada un cable de alimentación incómodo. Se puede especificar un CCM que acomodará ambos tipos de alimentadores, pero de nuevo, los costos aumentarán y se desperdiciará algo de espacio en el CCM.

Si se van a implementar controles automáticos para el funcionamiento de las cargas del motor, entonces se debe indicar el tipo de cableado de control.

De ninguna manera, los elementos anteriores están destinados a ser una lista completa de especificaciones necesarias para comprar con éxito o especificar un CCM para una aplicación específica. Sin embargo, es un buen punto de partida. Otros problemas que deben considerarse al especificar un MCC incluyen:

  • Tipo de recinto: interior (NEMA 1) o exterior (NEMA 3R)
  • Detección de falla a tierra
  • Medida
  • Marca de alambre
  • Luces de indicación
  • Interruptores automáticos
  • Voltaje

Ayuda adicional está disponible a través de una revisión de las especificaciones pre-escritas. Sin embargo, el documento seleccionado deberá revisarse cuidadosamente y posiblemente modificarse para producir la especificación que satisfaga las necesidades específicas de usted y de su cliente. Si la tarea parece lenta o difícil, se recomienda buscar los servicios de un ingeniero profesional para obtener experiencia en esta área. El CCM estará en servicio durante los próximos 25 a 30 años, por lo que una inversión así valdrá la pena.

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