Configuración primario selectivo: operación y protecciones

Qué es la configuración primario selectivo

Es un sistema radial al que se agrega un segundo alimentador de media tensión. Cada transformador de distribución de la planta se conecta a dos alimentadores, A y B, a través de dos seccionadores bajo carga o dos interruptores enclavados entre sí, o de un selector dúplex. En operación normal toma uno de ellos; si ese alimentador se pierde, pasa al otro. La IEEE Std 141 (Red Book) lo describe como una de las configuraciones básicas para plantas industriales, y Siemens lo presenta como red de doble espuela: cada centro de carga puede alcanzarse por dos caminos distintos.

En el diagrama de esta serie de configuraciones de subestación hay dos fuentes, el Alimentador A y el Alimentador B, que salen de dos secciones de una barra de media tensión o de dos acometidas, y dos transformadores con sus cargas, cada uno con su par de seccionadores hacia A y hacia B.

Cada alimentador debe dimensionarse para llevar la carga de todos los transformadores que podrían pasar a él. Esa es la principal diferencia de costo frente al sistema radial.

Cómo opera en servicio normal

Lo habitual es repartir los transformadores entre los dos alimentadores: el Transformador 1 en A y el Transformador 2 en B, con los seccionadores hacia el otro alimentador abiertos. Así una falla en un alimentador afecta solo a la mitad de la carga. Los dos alimentadores no quedan en paralelo a través de ningún transformador.

Qué pasa ante fallas y mantenimientos

• Falla en el cable del Alimentador A. Abre el interruptor de cabecera del alimentador A. El Transformador 1 queda sin tensión hasta que se abre su seccionador hacia A y se cierra el de B. Con transferencia automática, la interrupción dura segundos; con maniobra manual, lo que tarde el operador.
• Falla en un transformador. Abre su protección propia (fusible o interruptor). El área de ese transformador queda sin servicio hasta reparar: el primario selectivo no da respaldo al transformador.
• Falla en la barra de cabecera. Si los dos alimentadores salen de secciones distintas de una barra seccionada, solo se pierde la sección fallada y sus transformadores pueden pasar a la otra. Si salen de una misma barra, se pierde todo.
• Falla de interruptor (50BF). Si el interruptor de cabecera de un alimentador no abre, la 50BF o la protección de respaldo abre la llegada de esa sección.
• Mantenimiento. Un alimentador o su cable se mantienen pasando todos los transformadores al otro, sin cortes largos. El transformador y sus seccionadores sí obligan a sacar su área.

Confiabilidad, flexibilidad, costo y área

Frente al radial, reduce mucho la duración de las interrupciones por fallas de cable o pérdida de un alimentador. Cuesta más: dos alimentadores dimensionados para toda la carga, dos seccionadores por transformador y, si se automatiza, la lógica de transferencia.

Frente al secundario selectivo, es más barato porque no duplica transformadores, pero no cubre la falla de un transformador. Frente al anillo abierto de media tensión, cada transformador tiene su conexión directa a los dos alimentadores en vez de compartir un lazo, lo que facilita ubicar y aislar fallas a cambio de más cable.

Implicaciones para protección y control

• Coordinación con dos fuentes. La sobrecorriente de fases y tierra de cabecera de cada alimentador debe coordinar con los transformadores en cualquier distribución posible de cargas. Si las fuentes A y B tienen niveles de cortocircuito distintos, la coordinación se revisa para ambas.
• Transferencia automática. Se inicia por pérdida de tensión en el alimentador normal, detectada con subtensión 27 en un PT del lado del alimentador, confirma tensión presente en el alterno y abre antes de cerrar (transición abierta). Se bloquea si el relé del transformador o un indicador de falla vio la falla aguas abajo.
• Enclavamientos. Mecánicos, con llaves o eléctricos, para impedir cerrar los dos seccionadores de un transformador a la vez cuando el diseño no admite paralelo.
• Seccionadores bajo carga. Si la transferencia se hace con seccionadores y no con interruptores, la maniobra se hace con el alimentador desenergizado o dentro de la capacidad de corte del seccionador.
• Motores. La reconexión de motores tras la transferencia debe revisarse: el retardo y la tensión residual deben estar dentro de lo que admiten los motores y el proceso.

Uso típico

Se usa en media tensión, en plantas industriales, hospitales, campus y centros comerciales con redes de cables subterráneos, cuando el proceso tolera una interrupción breve pero no la reparación de un cable. En alta tensión su equivalente es una subestación alimentada por dos líneas con barra seccionada. Ver también celdas de media tensión.

Pruebas en puesta en servicio

• Pruebas de cables, seccionadores y celdas antes de energizar.
• Enclavamientos mecánicos y eléctricos en todas las combinaciones.
• Lógica de transferencia automática con inyección secundaria: pérdida de tensión, tiempos, bloqueo por falla aguas abajo y retorno al alimentador normal.
• Coordinación de 50/51 verificada con la carga en cada alimentador.

Le ayudamos con su primario selectivo

La transferencia es tan buena como su lógica de bloqueo y sus enclavamientos. En Tiza Group hacemos el estudio de coordinación de protecciones y la configuración remota de relés para plantas industriales y subestaciones de media, alta y extra alta tensión.

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• Anillo abierto de media tensión: operación, fallas y RMU

Referencias

• IEEE Std 141 (Red Book): práctica recomendada de distribución eléctrica en plantas industriales.
• IEEE Std 493 (Gold Book): diseño de sistemas industriales y comerciales confiables.
• Siemens, Totally Integrated Power: Planning of Electric Power Distribution – Technical Principles (cap. 2.7, red de doble espuela).
• IEC 62271-103: interruptores-seccionadores (switches) de más de 1 kV hasta 52 kV.
• IEC 62271-200: aparamenta bajo envolvente metálica de corriente alterna de más de 1 kV hasta 52 kV.

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