Configuración interruptor y un tercio: operación y protecciones

Qué es la configuración interruptor y un tercio

La configuración interruptor y un tercio tiene dos barras principales unidas por diámetros de cuatro interruptores en serie. Entre cada par de interruptores consecutivos sale un circuito, así que cada diámetro alimenta tres circuitos: cuatro interruptores para tres circuitos, uno y un tercio por circuito. Es una extensión de la idea del interruptor y medio, donde el diámetro tiene tres interruptores y dos circuitos.

En cada diámetro hay dos interruptores de barra (los de los extremos) y dos internos. Los circuitos de los extremos quedan entre un interruptor de barra y uno interno; el circuito del centro queda entre los dos internos y no tiene interruptor propio hacia ninguna barra. Cada interruptor lleva un seccionador a cada lado, cada circuito su seccionador de línea o de transformador (89L) con cuchilla de tierra, y los transformadores de corriente (CT) están asociados a cada interruptor. Cada línea lleva su transformador de tensión (PT) y cada barra el suyo.

Con dos líneas y dos transformadores, el diagrama de esta serie arma un diámetro completo con tres circuitos (línea 1, transformador 1, línea 2) y deja el transformador 2 en un segundo diámetro incompleto. Un diámetro incompleto debe construirse con los seccionadores previstos para instalar después los interruptores faltantes con un corte mínimo.

Cómo opera en servicio normal

Todos los interruptores y seccionadores están cerrados. Cada diámetro es un camino entre las dos barras con tres derivaciones, y cada circuito recibe energía por sus dos interruptores. Por los interruptores internos circula, además de la corriente de los circuitos, corriente de paso de una barra a la otra.

Qué pasa ante fallas y mantenimientos

• Falla en una barra. La diferencial de barras 87B abre los interruptores de barra de ese lado. Los tres circuitos de cada diámetro siguen alimentados desde la otra barra.
• Falla en un circuito de extremo. Se abren su interruptor de barra y el interno vecino. Los otros dos circuitos quedan alimentados desde la barra opuesta a través del otro interno.
• Falla en el circuito del centro. Se abren los dos interruptores internos. Cada circuito de extremo queda alimentado desde su propia barra.
• Falla de interruptor (50BF). Si falla un interruptor de barra, la 50BF dispara todos los interruptores de esa barra y envía disparo transferido al extremo remoto si el circuito es una línea. Si falla un interno, la 50BF abre el interruptor siguiente del diámetro y desconecta el extremo remoto del circuito vecino con disparo directo transferido; se pierden dos circuitos y el tercero sigue en servicio.
• Mantenimiento de un interruptor. Se aísla con sus dos seccionadores y los tres circuitos siguen en servicio. Con un interno fuera, el diámetro queda partido y los circuitos dependen de menos caminos hasta que el interruptor vuelva.

Confiabilidad, flexibilidad, costo y área

Comparada con el interruptor y medio, ahorra interruptores cuando hay muchos circuitos. En una comparación de costos relativos presentada por un operador de transmisión de Norteamérica, el interruptor y un tercio quedó entre la barra sencilla seccionada y el interruptor y medio; esas cifras dependen de cada proyecto y se citan solo como orden de magnitud. El mismo documento señala como desventajas el costo, la complejidad de la protección y el número de transformadores de tensión.

Frente a la doble barra con doble interruptor, la diferencia es mayor: allí cada circuito tiene sus dos interruptores propios. Frente al anillo, el interruptor y un tercio admite más circuitos sin perder seguridad al abrir un interruptor, porque las dos barras siguen unidas por los demás diámetros. En flexibilidad, un diámetro de cuatro interruptores es menos modular: los circuitos se agregan de tres en tres, y el circuito del centro es el que menos caminos tiene.

Conviene repartir los circuitos de modo que la falla de un interruptor interno no saque dos líneas hacia la misma subestación remota ni dos transformadores en paralelo.

Implicaciones para protección y control

• Corriente de cada circuito. Igual que en interruptor y medio, cada protección de línea recibe dos CT, sumados por fuera del relé o con un relé de dos entradas. En el circuito del centro, los dos CT son los de los interruptores internos, por donde pasa corriente de paso; la saturación de un CT con falla externa es el riesgo principal para la seguridad de la protección.
• 87B. Una zona por barra, con los CT de los interruptores de barra. No hay réplica de seccionadores.
• 50BF de los internos. Cada interno es compartido por dos circuitos; su 50BF debe recibir el arranque de las protecciones de ambos y saber a qué lado disparar. Es la lógica que más revisión exige.
• Recierre (79). Con dos interruptores por circuito se define un líder y un seguidor, con verificación de sincronismo 25. Las prioridades deben preverse para cada interruptor fuera de servicio, en especial para el circuito del centro.
• Protección stub. Al abrir un 89L con sus interruptores cerrados, el tramo entre ellos y el seccionador se protege con sobrecorriente o diferencial de los dos CT, habilitada por la posición del 89L, sin enviar disparo transferido.
• Enclavamientos 89. Seccionadores de interruptor con su interruptor abierto; 89L con los dos interruptores de su circuito abiertos; cuchillas de tierra sin tensión. La lógica vive en el controlador de bahía.

Uso típico

Es una solución de alta tensión, mucho menos común que el interruptor y medio. Un operador de transmisión de Norteamérica la reporta en algunas subestaciones nuevas de 138 kV. En Colombia no figura entre las configuraciones de la tabla de unidades constructivas del STN de la CREG, que sí incluye el interruptor y medio y el anillo; antes de proponerla en el STN hay que validarla con el transportador.

Pruebas en puesta en servicio

• Relación, polaridad y excitación de cada CT, y verificación de que las sumas de cada circuito, en especial el del centro, dan cero con corriente de paso.
• Estabilidad de cada zona 87B.
• Matriz de 50BF de cada interruptor, con los arranques cruzados de los internos y el disparo transferido probado extremo a extremo.
• Recierre con cada interruptor fuera de servicio, lógica stub y matriz de enclavamientos.

Ver inyección secundaria y pruebas extremo a extremo.

Le ayudamos a definir la lógica

En esta configuración el detalle está en la 50BF de los interruptores internos y en el recierre con un interruptor fuera. 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 (definición del arreglo interruptor y medio).
• 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.
• CIGRE, Technical Brochure 161: General guidelines for the design of outdoor AC substations.
• CREG, Resolución 011 de 2009 (unidades constructivas), compilada en la Resolución Única del sector eléctrico.
• J. D. McDonald (ed.), Electric Power Substations Engineering, CRC Press.

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