Un motor trifásico se protege contra sobrecargas y cortocircuitos con un magnetotérmico y un térmico, como explica el artículo sobre arranque y protección de motores. En motores de más potencia (media tensión, motores críticos o con arranque difícil) se usa un relé multifunción de protección de motor, que combina varias funciones, identificadas con los números de la norma ANSI/IEEE C37.2.
Las funciones habituales
| ANSI | Función | Qué detecta |
|---|---|---|
| 49 | Imagen térmica | Sobrecarga: calentamiento acumulado del estátor y del rotor |
| 50 / 51 | Sobreintensidad instantánea / temporizada | Cortocircuito entre fases |
| 50N / 51N | Homopolar | Falta a tierra |
| 51LR / 50S | Rotor bloqueado | Motor que no arranca o se atasca |
| 48 | Arranque prolongado | Arranque que dura más de lo debido |
| 66 | Limitación de arranques | Demasiados arranques por hora |
| 46 | Desequilibrio de corrientes | Fase abierta o tensión desequilibrada |
| 37 | Subintensidad | Pérdida de carga (bomba en seco, correa rota) |
| 27 / 59 | Subtensión / sobretensión | Alimentación anómala |
| 38 | Temperaturas (sondas PT100) | Calentamiento de cojinetes y devanados |
La imagen térmica (49)
La corriente calienta el motor, pero el calor no se manifiesta de golpe: tarda en acumularse y en disiparse. El relé simula ese comportamiento con un modelo de primer orden que integra el calor I² frente al calor que se evacua. El tiempo de disparo ante una corriente I constante, partiendo en frío, es:
t = τ · ln[ I² / (I² − (k · I_b)²) ]
con:
τ: constante de calentamiento del motor (decenas de minutos).I_b: corriente base (la nominal del motor).k: factor de sobrecarga admisible (típicamente 1,05–1,15): por debajo dek · I_bel motor aguanta indefinidamente y la curva se hace asintótica.
Si el motor ya estaba caliente (con una corriente previa I_p), el tiempo es menor:
t = τ · ln[ (I² − I_p²) / (I² − (k · I_b)²) ]
Ejemplo
τ = 30 min = 1.800 s, k = 1,05, motor frío:
| Corriente | Tiempo de disparo |
|---|---|
1,2 × I_b |
2.612 s (≈ 43 min) |
1,5 × I_b |
1.212 s (≈ 20 min) |
2 × I_b |
580 s (≈ 10 min) |
3 × I_b |
235 s |
7 × I_b |
41 s |
Por qué el rotor bloqueado necesita su propia protección
En el gráfico, el límite del motor con el rotor bloqueado (el tiempo que aguanta sin dañarse con la corriente de arranque, dato del fabricante) está por debajo de la curva térmica. A 7 × I_b, el motor podría aguantar solo 10 s, pero la imagen térmica de arriba esperaría 41 s: el rotor, que se calienta mucho más deprisa que el estátor, se dañaría antes.
La razón física es que, con el rotor parado, la corriente se concentra en las barras del rotor, que tienen muy poca masa térmica. Para eso están:
- 51LR (rotor bloqueado): una protección de sobreintensidad temporizada que solo se activa una vez terminado el arranque (o con un temporizador de arranque), con un tiempo algo menor que el que aguanta el rotor.
- 48 (arranque prolongado): vigila que la corriente de arranque baje a la nominal dentro del tiempo del arranque normal.
- Los relés modernos usan dos constantes de tiempo en el modelo térmico: una para el estátor y el funcionamiento normal, y otra, mucho menor, para el rotor.
Desequilibrio (46)
Un desequilibrio de tensiones produce una corriente de secuencia inversa que, en un motor, genera un campo giratorio contrario y un calentamiento adicional del rotor: un desequilibrio de tensión del 3,5 % puede aumentar la corriente de una fase entre 6 y 10 veces ese porcentaje. La función 46 detecta la secuencia inversa (o la diferencia entre fases) y la incorpora al modelo térmico, o dispara si supera un umbral.
Su caso límite es la pérdida de una fase (fusible fundido): el motor sigue girando en monofásico, se sobrecarga y se quema en pocos minutos.
Limitación de arranques (66)
Cada arranque calienta el motor de forma importante (7 veces la corriente durante varios segundos). Los fabricantes indican el número máximo de arranques por hora (y de «consecutivos en frío o en caliente»). La función 66 los cuenta y bloquea el siguiente arranque hasta que el motor se enfríe lo suficiente.
Otras funciones útiles
- Subintensidad (37): una bomba que trabaja en seco o un ventilador con la correa rota absorbe mucha menos corriente de la normal: el relé lo detecta y para el motor.
- Sondas de temperatura (38): las PT100 en los devanados y cojinetes alimentan el relé, que dispara por temperatura directa y complementa el modelo térmico.
- Subtensión (27): evita el arranque y las paradas con huecos de tensión, con rearme controlado.
Resumen
- El relé 49 simula el calentamiento y protege de sobrecargas; su curva depende de la constante de tiempo
τy del factork. - El rotor bloqueado necesita su propia función (51LR + 48), porque el rotor se daña antes de lo que reacciona la imagen térmica.
- El desequilibrio y las fases abiertas son enemigos silenciosos: función 46.
- La limitación de arranques (66) protege el motor de sí mismo.
Contenido orientativo: los ajustes concretos (constantes de tiempo, límites de rotor bloqueado, arranques por hora) deben tomarse de los datos del fabricante del motor y del manual del relé. Referencia de los números de función: ANSI/IEEE C37.2.