Configuración interruptor y medio: operación y protecciones

Qué es la configuración interruptor y medio

La configuración interruptor y medio tiene dos barras principales y, entre ellas, varios diámetros. Cada diámetro tiene tres interruptores en serie y alimenta dos circuitos: el primero se conecta entre el interruptor del lado de la barra 1 y el interruptor central, y el segundo entre el central y el interruptor del lado de la barra 2. Son tres interruptores para dos circuitos, es decir, interruptor y medio por circuito. El Vocabulario Electrotécnico Internacional (IEC 60050-605) la define así: una subestación de doble barra en la que, para dos circuitos, tres interruptores se conectan en serie entre las barras y los circuitos salen a cada lado del interruptor central. En la regulación colombiana, el interruptor central se llama corte central.

Cada interruptor tiene un seccionador a cada lado para aislarlo, y cada circuito tiene su seccionador de línea o de transformador (89L) con cuchilla de puesta a tierra. Hay transformadores de corriente (CT) en cada interruptor: con interruptores de tanque muerto suele haber núcleos a ambos lados; con tanque vivo, la ubicación de los CT define dónde se traslapan las zonas de protección. Cada línea lleva su transformador de tensión (PT) del lado de la línea, y cada barra tiene el suyo para sincronismo y medida.

En el diagrama de esta serie, con dos líneas y dos transformadores, se arman dos diámetros. Una práctica frecuente es combinar en cada diámetro circuitos de distinta naturaleza, por ejemplo una línea y un transformador, y no poner en el mismo diámetro dos líneas hacia la misma subestación remota.

Cómo opera en servicio normal

Todos los interruptores y seccionadores están cerrados y las dos barras energizadas. Cada diámetro es un camino paralelo entre barras, así que cada circuito recibe energía por dos interruptores. Por eso la corriente de un circuito no es la de un solo interruptor: es la suma de los dos, y por el diámetro también circula corriente de paso de una barra a la otra que no entra al circuito.

Qué pasa ante fallas y mantenimientos

• Falla en una barra. La diferencial de barras 87B de esa barra abre los interruptores del lado de esa barra, uno por diámetro. Ningún circuito sale de servicio: todos siguen alimentados desde la otra barra a través del corte central.
• Falla en una línea. La protección de la línea abre los dos interruptores del circuito, el de barra y el central, y el extremo remoto abre el suyo. El otro circuito del diámetro sigue en servicio por su interruptor de barra.
• Falla de interruptor (50BF). Si el interruptor que falla es el de barra, la 50BF dispara todos los interruptores de esa barra, normalmente a través del disparo de la 87B, y envía disparo transferido al extremo remoto cuando el circuito es una línea. Si falla el corte central, la 50BF debe abrir el otro interruptor de barra del diámetro y desconectar el extremo remoto del circuito vecino con disparo directo transferido, o el otro devanado si el vecino es un transformador. Ese es el caso que más afecta: salen los dos circuitos del diámetro.
• Mantenimiento de un interruptor. Se abre, se aísla con sus dos seccionadores y los dos circuitos siguen en servicio. Con el corte central fuera, cada circuito del diámetro queda colgado de una sola barra y una falla en esa barra lo saca; con un interruptor de barra fuera, ese circuito depende del corte central.

Confiabilidad, flexibilidad, costo y área

Frente a la doble barra, que usa un interruptor por circuito más el acople, el interruptor y medio no necesita maniobrar seccionadores de barra para mantener un interruptor ni para despejar una falla en barra. Frente a la doble barra con doble interruptor ahorra medio interruptor por circuito, a cambio de que la falla del corte central afecte a dos circuitos. Frente al anillo, usa más interruptores pero admite muchos más circuitos y no pierde seguridad al abrir un interruptor, porque las barras siguen unidas por los demás diámetros. El interruptor y un tercio baja la relación a cuatro interruptores por tres circuitos.

El área depende de la disposición física elegida; la ampliación es ordenada, porque cada diámetro nuevo agrega dos circuitos entre las mismas barras. Los criterios generales de arreglos de barras están en la guía de la subestación convencional AIS.

Implicaciones para protección y control

• Corriente de la línea. Se suman los dos CT del circuito, por fuera del relé (en paralelo, con igual relación y un solo punto de tierra) o dentro de un relé con dos entradas de corriente. Con corriente de paso alta entre barras, la saturación de uno de los CT puede crear una corriente de línea falsa en dirección y magnitud; los relés con dos entradas permiten lógica de detección de falla externa y una 50BF por interruptor.
• 87B. Cada barra tiene su zona, formada solo por los CT de los interruptores de ese lado. A diferencia de la doble barra, no hace falta réplica de seccionadores.
• 50BF del corte central. La arrancan las protecciones de los dos circuitos del diámetro y su destino depende de cuál de los dos tuvo la falla.
• Recierre (79). Con dos interruptores por línea se usa un esquema líder y seguidor: uno recierra primero y el otro solo si el primero quedó cerrado, con verificación de sincronismo 25. Hay empresas que recierran solo el interruptor de barra y cierran el central por mando; en ese caso conviene prever qué pasa cuando el interruptor de barra está en mantenimiento y el central queda como único interruptor de la línea.
• Protección stub. Si se abre el 89L y se cierran los dos interruptores para mantener el diámetro, queda un tramo entre ellos y el seccionador. Se protege con una sobrecorriente o una diferencial con los dos CT, habilitada por la posición del 89L leída con contactos 89a y 89b; ese disparo abre solo los dos interruptores y no envía disparo transferido. Con PT del lado de línea, la distancia no protege bien en esa condición.
• Enclavamientos 89. Cada seccionador de interruptor opera con su interruptor abierto; el 89L, con los dos interruptores del circuito abiertos; la cuchilla de tierra, con el 89L abierto y sin tensión en la línea. En IEC 61850 esa lógica vive en el controlador de bahía.

Uso típico

Es una configuración de transmisión en alta y extra alta tensión. En Colombia, el Código de Conexión (Resolución CREG 025 de 1995, hoy en la Resolución Única) exige que una configuración interruptor y medio nueva en el STN tenga como mínimo tres diámetros, y la tabla de unidades constructivas de la CREG la incluye en 230 kV y en 500 kV.

Pruebas en puesta en servicio

• Relación, polaridad y curva de excitación de cada CT, y verificación de que la suma de los dos CT de cada circuito da cero con corriente de paso entre barras.
• Estabilidad de cada zona 87B con inyección primaria o secundaria.
• Matriz de 50BF por interruptor, incluido el corte central, con su disparo transferido probado extremo a extremo.
• Recierre líder y seguidor con cada interruptor fuera de servicio, y selección de tensiones para la 25.
• Lógica stub con el 89L abierto y matriz completa de enclavamientos.

Ver inyección secundaria y pruebas extremo a extremo.

Le ayudamos con su diámetro

Un diámetro bien protegido depende de que la 50BF, el recierre y la lógica stub estén ajustados para cada combinación de interruptores abiertos. 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, generación, transmisión y distribución de electricidad, subestaciones.
• IEC 61936-1: instalaciones eléctricas de potencia de más de 1 kV en corriente alterna.
• IEEE C37.234: guía de aplicación de protecciones a barras de sistemas de potencia.
• IEEE C37.119: guía de protección de falla de interruptor.
• IEEE C37.104: guía de recierre automático de interruptores en líneas de transmisión y distribución.
• IEEE C37.113: guía de aplicación de protecciones a líneas de transmisión.
• CIGRE, Technical Brochure 161: General guidelines for the design of outdoor AC substations.
• CREG, Resolución 025 de 1995 (Código de Redes, Código de Conexión) y Resolución 011 de 2009, compiladas en la Resolución Única del sector eléctrico.
• J. D. McDonald (ed.), Electric Power Substations Engineering, CRC Press.

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