Configuración doble barra seccionada: operación y protección

Qué es la configuración doble barra seccionada

Es una doble barra en la que cada barra se divide a lo largo en dos o más tramos. Los tramos de una misma barra se unen con interruptores de seccionamiento (cada uno con su seccionador a cada lado), y en cada tramo un acople une la barra 1 con la barra 2. Con dos tramos quedan cuatro secciones de barra (1A, 1B, 2A, 2B), dos acoples y dos interruptores de seccionamiento.

Cada circuito conserva un solo interruptor y dos seccionadores selectores, uno hacia cada barra de su tramo. Para el diagrama de esta serie de configuraciones de subestación, la Línea 1 y el Transformador 1 quedan en el tramo A, y la Línea 2 y el Transformador 2 en el tramo B.

Hay una variante en lazo: los extremos libres de los tramos también se unen, de modo que la doble barra forma un anillo con interruptores de seccionamiento y acoples en serie. El operador irlandés EirGrid la adopta como configuración estándar de transmisión con el nombre Enhanced Ring Busbar, con un máximo de cuatro bahías por sección, y construye primero una etapa de dos barras sin seccionar (C-Type) pensada para crecer hacia ella.

En celdas de media tensión existe la misma idea: los fabricantes ofrecen doble barra con seccionamiento y acople, o el sistema dúplex (dos barras sencillas espalda con espalda) que cumple una función parecida.

Cómo opera en servicio normal

La forma más común es repartir los circuitos entre las cuatro secciones, con acoples y seccionamientos cerrados, de modo que las fuentes y las cargas queden balanceadas. Cuando hace falta limitar la corriente de cortocircuito o separar fuentes, se abre un seccionamiento o un acople y la subestación queda en dos nodos eléctricos. La decisión depende del estudio de flujo de carga y cortocircuito y de la filosofía del operador.

Cambiar un circuito de barra dentro de su tramo se hace en caliente, igual que en la doble barra: con el acople de ese tramo cerrado, se cierra el selector de la barra nueva y luego se abre el de la barra anterior. Pasar un circuito al otro tramo no es posible sin cambiar su conexión física.

Qué pasa ante fallas y mantenimientos

• Falla en una sección de barra. La 87B abre los circuitos conectados a esa sección, su acople y el interruptor de seccionamiento vecino. Las otras tres secciones siguen en servicio. En una doble barra sin seccionar, la misma falla saca la mitad de los circuitos.
• Falla en una línea. Abre el interruptor de la línea y el extremo remoto; el resto no se entera.
• Falla de interruptor (50BF). La 50BF abre todos los interruptores de la sección donde está conectado el circuito, incluidos el acople y el seccionamiento de esa sección, y envía disparo transferido al extremo remoto si es una línea. La falla de un acople o de un seccionamiento saca las dos secciones que une; ese es el peor caso de la configuración.
• Mantenimiento de un interruptor de circuito. El circuito sale de servicio, igual que en doble barra, salvo que se agregue un seccionador de by-pass como en la doble barra con transferencia.
• Mantenimiento de una sección de barra. Se pasan sus circuitos a la otra barra del mismo tramo y se aísla la sección sin cortar a nadie.

Confiabilidad, flexibilidad, costo y área

Frente a la doble barra, la seccionada reduce lo que se pierde ante una falla en barras o de interruptor, aproximadamente de la mitad a una cuarta parte de la subestación cuando los circuitos están bien repartidos. Permite además separar la subestación en nodos para controlar el cortocircuito. El costo es mayor: dos o más acoples, interruptores de seccionamiento, más seccionadores y más longitud de barras, y la protección es más compleja.

Frente al interruptor y medio o la doble barra doble interruptor, sigue teniendo un solo interruptor por circuito: la falla de un interruptor de circuito saca su sección y su mantenimiento saca el circuito. Frente a la barra sencilla seccionada, agrega la segunda barra para mantener y reorganizar sin cortes.

En Colombia, el Código de Conexión recogido en la Resolución Única de la CREG exige, para subestaciones nuevas del STN, incluir seccionamiento de barras cuando la configuración tiene seis o más circuitos, y que la configuración permita mantener un interruptor sin perder el campo. Como la doble barra seccionada, por sí sola, saca el circuito al mantener su interruptor, en el STN se complementa con by-pass o barra de transferencia, o se elige otra configuración.

Implicaciones para protección y control

• Zonas de 87B. Cada sección es una zona selectiva; los acoples y seccionamientos tienen CT que delimitan las zonas. Es común agregar una zona de verificación (check zone) que mira toda la subestación sin depender de la posición de los seccionadores, para no disparar por un error de réplica.
• Réplica de seccionadores. La 87B asigna cada circuito a su sección leyendo los contactos auxiliares de los selectores. Una réplica equivocada dispara la sección sana o deja sin protección la fallada. Durante el cambio de barra, con ambos selectores cerrados, las dos secciones del tramo se tratan como una sola zona.
• Zona muerta del acople y del seccionamiento. Si el CT está de un solo lado del interruptor, una falla entre el interruptor y el CT obliga, tras abrir el interruptor, a disparar también la sección del otro lado. Los relés numéricos lo resuelven con lógica de zona muerta o de falla de extremo.
• 50BF por sección. La matriz de disparos de la 50BF sigue la réplica: dispara la sección a la que está conectado el interruptor fallado en ese momento.
• Selección de tensiones. La verificación de sincronismo 25 del acople y del seccionamiento compara los PT de las dos secciones que une; los circuitos toman la tensión de barra de la sección donde están.
• Enclavamientos 89. Un circuito no cierra el selector de la otra barra sin el acople de su tramo cerrado; ningún selector cierra entre tramos distintos. La lógica vive en el controlador de bahía.

Uso típico

Se usa en alta y extra alta tensión cuando la subestación tiene muchos circuitos o concentra generación, y en celdas de media tensión de plantas grandes con varias fuentes. La guía de la subestación convencional AIS resume los demás criterios para elegir el arreglo.

Pruebas en puesta en servicio

• Relación, polaridad y excitación de los CT de circuitos, acoples y seccionamientos.
• 87B con inyección secundaria para cada sección y para la zona de verificación, moviendo la réplica de seccionadores en todas las posiciones válidas.
• Lógica de zona muerta del acople y del seccionamiento, con la falla simulada entre interruptor y CT.
• Matriz de 50BF con el circuito en cada barra de su tramo y disparo transferido probado de extremo a extremo.
• Enclavamientos completos desde el patio, el controlador de bahía y el centro de control.

Le ayudamos con su doble barra seccionada

En esta configuración el detalle está en la réplica de seccionadores, las zonas de la 87B y la matriz de la 50BF. En Tiza Group hacemos el estudio de coordinación de protecciones y la configuración remota de relés para subestaciones de alta y extra alta tensión, en servicio público y en industria.

Referencias

• IEC 60050-605: Vocabulario Electrotécnico Internacional, subestaciones (605-01-17, doble barra).
• IEEE C37.234: guía de aplicación de protecciones a barras de sistemas de potencia.
• IEEE C37.119: guía de protección de falla de interruptor.
• CREG, Resolución Única del sector eléctrico, art. 7.1.4.15.2.1 (Código de Conexión, nueva subestación en el STN).
• EirGrid, Policy Statement on Busbar Configuration (configuraciones C-Type y Enhanced Ring Busbar).
• Siemens, Totally Integrated Power: Planning of Electric Power Distribution – Technical Principles (doble barra con seccionamiento y acople).
• CIGRE Science & Engineering, CSE 006: Protection of complicated bus arrangements using centralized low impedance intelligent electronic device.

Preguntas frecuentes