Configuración en H: dos líneas, dos transformadores y enlace

Qué es la configuración en H

La configuración en H sirve para una subestación con dos líneas y dos transformadores. Cada línea llega a un nodo, de cada nodo sale un transformador, y los dos nodos se unen con un tramo transversal o enlace. Vista en el diagrama unifilar, forma una H: las dos ramas verticales son línea-transformador y el travesaño es el enlace. Así cualquiera de las líneas puede alimentar a cualquiera de los transformadores.

Hay varias variantes, que se distinguen por cuántos interruptores tienen:

• H completa, con cinco interruptores: uno por línea, uno por transformador y uno en el enlace. Es la de mayor flexibilidad.
• H con tres interruptores: dos en las líneas y uno en el enlace, con los transformadores conectados al nodo por seccionador. Una falla en un transformador obliga a abrir el interruptor de su línea y el enlace.
• H con tres interruptores del lado de los transformadores: dos en los transformadores y uno en el enlace, con las líneas entrando por seccionador.
• Enlace con seccionadores en lugar de interruptor, que solo se maniobran sin carga.

El Vocabulario Electrotécnico Internacional (IEC 60050-605) no usa el nombre “H”, pero define arreglos equivalentes: el cuadro de cuatro interruptores (four-switch mesh) y su variante para, normalmente, dos líneas y dos transformadores en la que el cuarto interruptor se reemplaza por un puente con uno o dos seccionadores. Cada interruptor tiene sus seccionadores, cada línea su seccionador con cuchilla de tierra y su transformador de tensión (PT), y los transformadores de corriente (CT) se ubican en cada interruptor para traslapar las zonas.

Cómo opera en servicio normal

Hay dos modos habituales. Enlace cerrado: las dos líneas y los dos transformadores están en paralelo y, si la subestación está intercalada en una línea, la potencia puede pasar de una línea a la otra a través del enlace. Enlace abierto: la subestación funciona como dos alimentaciones independientes, cada línea con su transformador, y el enlace se cierra por mando o por un esquema de transferencia automática cuando se pierde una línea. La elección depende de los niveles de cortocircuito, del flujo entre las líneas y de la filosofía del operador de red.

Qué pasa ante fallas y mantenimientos

Para la H completa de cinco interruptores:

• Falla en una línea. Su protección abre el interruptor de esa línea y el extremo remoto abre el suyo. Con el enlace cerrado, el transformador de esa rama sigue alimentado por la otra línea.
• Falla en un transformador. La diferencial de transformador 87T abre su interruptor de alta y el de baja. Las dos líneas y el otro transformador siguen en servicio.
• Falla en un nodo. Cada nodo es una barra pequeña entre el interruptor de línea, el del transformador y el del enlace. Se protege con una zona propia o queda cubierto por zonas traslapadas, según el diseño, y su despeje abre los tres interruptores que lo rodean.
• Falla de interruptor (50BF). Si falla el interruptor de una línea ante una falla en la línea, se abren el enlace y el interruptor del transformador de esa rama. Si falla el enlace, se abren los interruptores de la rama opuesta, de línea y de transformador, y se pierde media subestación. En las variantes sin interruptor de línea, el respaldo se completa con disparo directo transferido al extremo remoto.
• Mantenimiento. Con un interruptor de línea fuera, esa línea sale de servicio, salvo que exista un seccionador de paso (bypass). Con el enlace fuera, la subestación queda como dos ramas independientes. Con el interruptor de un transformador fuera, ese transformador sale.

En las variantes de tres interruptores, una falla en un transformador sin interruptor propio se despeja abriendo la línea de su rama y el enlace, o enviando disparo transferido al extremo remoto si no hay interruptor local.

Confiabilidad, flexibilidad, costo y área

La H completa ofrece más que una barra sencilla seccionada con dos entradas. Tiene un interruptor más que un anillo de cuatro, y a cambio una falla en un transformador solo abre el interruptor de ese transformador, sin tocar las líneas ni el enlace. Las variantes de tres interruptores son más baratas que el anillo, a costa de perder una línea o un transformador con fallas que el anillo despejaría sin cortar otros circuitos. Su gran limitación es la ampliación: una tercera línea obliga a cambiar de configuración. Cuando la subestación pueda crecer, conviene dejar el patio preparado para pasar a un anillo o a una doble barra.

Frente a una derivación en T, la H es el paso siguiente cuando la carga ya justifica seccionar la línea con interruptores en la subestación.

Implicaciones para protección y control

• Zonas. Cada línea con su protección (distancia o diferencial) y su PT del lado de la línea; cada transformador con su 87T y sus protecciones mecánicas; el enlace con su propia 50/51 de respaldo y su 50BF. Las zonas deben traslaparse sobre cada interruptor.
• Variantes sin interruptor de transformador. La 87T toma los CT del interruptor de línea y del enlace, o los del buje del transformador, y su disparo abre esos dos interruptores.
• Transferencia automática. Si el enlace trabaja abierto, la lógica de cierre por pérdida de una línea vive en el controlador de bahía o en un PLC, con verificación de ausencia de falla, tensión y verificación de sincronismo 25 si las dos líneas pueden estar energizadas.
• Recierre (79). Cada línea tiene un solo interruptor local, así que el recierre es el clásico de un interruptor, bloqueado por las protecciones de transformador.
• Enclavamientos 89. Seccionadores con su interruptor abierto, cuchillas de tierra sin tensión y, si hay seccionador de paso, enclavamientos que eviten poner en paralelo una línea con su interruptor abierto.

Uso típico

Se usa en subestaciones de subtransmisión y de distribución alimentadas por dos líneas, y en plantas industriales con dos acometidas de alta tensión y dos transformadores. En Colombia no figura entre las configuraciones de la tabla de unidades constructivas del STN de la CREG; su uso es más propio de los sistemas regionales y de la industria, con la aprobación del operador de red.

Pruebas en puesta en servicio

• Relación, polaridad y excitación de cada CT y comprobación de la estabilidad de las 87T con corriente de carga.
• Matriz de 50BF de cada interruptor, en especial la del enlace.
• Lógica de transferencia automática con pérdida de cada línea y con falla presente.
• Recierre de cada línea y matriz de enclavamientos.

Ver inyección secundaria y pruebas a interruptores de potencia.

Le ayudamos con su subestación en H

La H es sencilla en el patio, pero la lógica del enlace y de la transferencia define cuánto servicio se pierde en cada falla. En Tiza Group hacemos el estudio de coordinación de protecciones y la configuración remota de relés para subestaciones de media, alta y extra alta tensión, en servicio público y en industria.

Referencias

• IEC 60050-605: Vocabulario Electrotécnico Internacional, subestaciones (términos 605-01-21 y 605-01-22).
• IEC 61936-1: instalaciones eléctricas de potencia de más de 1 kV en corriente alterna.
• IEEE C37.91: guía de protección de transformadores de potencia.
• IEEE C37.119: guía de protección de falla de interruptor.
• IEEE C37.234: guía de aplicación de protecciones a barras de sistemas de potencia.
• CIGRE, Technical Brochure 161: General guidelines for the design of outdoor AC substations.
• J. D. McDonald (ed.), Electric Power Substations Engineering, CRC Press.

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