En el sistema radial la energía llega por un solo camino: una fuente, un transformador o una barra, y alimentadores que salen hacia las cargas sin ninguna otra conexión. Es el arreglo más simple y barato, fácil de proteger y de operar, pero cualquier falla en el camino deja sin servicio todo lo que está aguas abajo hasta que se repara.
Qué es la configuración radial
En un sistema radial cada carga tiene un solo camino hasta la fuente. No hay enlaces ni segundas alimentaciones: la potencia fluye siempre en un sentido, desde la acometida hacia las cargas. La IEEE Std 141 (Red Book) lo trata como la forma básica de los sistemas de distribución industrial, y los fabricantes lo describen igual: Siemens lo llama red radial o en espuela (spur network), y la guía de diseño de distribución de Schneider Electric distingue el radial simple (simple radial) del radial expandido (expanded radial).
Hay dos formas habituales:
- Radial simple. La acometida llega a un punto, un solo transformador baja a la tensión de utilización y desde un tablero de baja tensión salen todos los circuitos. Toda la planta depende de ese transformador y de ese cable.
- Radial en media tensión (radial expandido). La acometida llega a una barra de media tensión, de allí salen alimentadores en media tensión hacia transformadores ubicados cerca de cada área de carga, y cada transformador alimenta su propio tablero. Las corrientes en baja tensión son menores y una falla en un transformador solo saca su área.
En el diagrama de esta serie de configuraciones de subestación hay una fuente, una barra de media tensión y dos alimentadores, cada uno con su transformador y su carga.
Cómo opera en servicio normal
Todos los interruptores y seccionadores del camino están cerrados y no hay puntos abiertos que maniobrar. La operación es la más sencilla posible: no hay transferencias ni riesgo de poner fuentes en paralelo. El nivel de cortocircuito queda definido por una sola fuente, lo que simplifica la selección de equipos.
Qué pasa ante fallas y mantenimientos
- Falla en la barra principal de media tensión. Abre el interruptor de llegada o la protección de la empresa de energía, y toda la planta queda sin servicio hasta reparar.
- Falla en un alimentador o en su transformador. Abre el interruptor o el fusible de ese alimentador; las demás áreas siguen. El área afectada queda sin energía hasta reparar o reemplazar el cable o el transformador, porque no hay otro camino.
- Falla de interruptor (50BF). Si el interruptor de un alimentador no abre, la falla la despeja el interruptor de llegada, por la 50BF si el relé la tiene o por la coordinación de la sobrecorriente de respaldo. Se pierde toda la barra.
- Mantenimiento. Mantener un interruptor, un cable o un transformador obliga a desenergizar lo que está aguas abajo. Mantener la barra principal o la llegada obliga a parar la planta.
Confiabilidad, flexibilidad, costo y área
Es la configuración de menor costo inicial y de menor área, y la más fácil de entender por los operadores. Su confiabilidad depende por completo de cada componente del camino: no hay redundancia. El radial en media tensión mejora la regulación de tensión y reduce pérdidas frente al radial simple cuando la carga es grande y está repartida.
Frente al primario selectivo, al secundario selectivo y al anillo abierto de media tensión, el radial no ofrece un segundo camino; esas configuraciones lo agregan con distinto costo. Un sistema radial bien planeado deja espacio y celdas de reserva para pasar después a una de ellas. En alta tensión, el equivalente es la barra sencilla alimentada por una sola línea.
Implicaciones para protección y control
- Coordinación tiempo-corriente. La selectividad se logra con sobrecorriente de fases y tierra (50/51, 50N/51N) en cada nivel, fusibles en transformadores pequeños e interruptores de baja tensión con disparo coordinado. El flujo en un solo sentido hace que no se necesite direccionalidad.
- Barra rápida. En barras de media tensión es común un esquema de bloqueo: el relé de llegada espera un tiempo corto y dispara si ningún alimentador reporta ver la falla. Así se protege la barra sin un relé 87B dedicado.
- Transformadores. Fusible o interruptor con 50/51 en el primario según su potencia; la 87T se justifica en transformadores grandes.
- Puesta a tierra y falla a tierra. El tipo de conexión a tierra del secundario define la sensibilidad y la coordinación de la protección de tierra.
- Instrumentación. CT en cada interruptor con protección; un PT en la barra principal para medida y para funciones de tensión, como la 27 en barras con motores.
Uso típico
En media y baja tensión es el arreglo de la mayoría de plantas pequeñas y medianas, edificios y cargas que toleran una interrupción mientras se repara. En alta tensión, la regulación colombiana solo admite barra sencilla en el STN para la subestación terminal de una línea radial con un único usuario final, que es justamente un caso radial. Ver también celdas de media tensión y transformador de distribución.
Pruebas en puesta en servicio
- Relación y polaridad de CT, y verificación de la puesta a tierra del sistema.
- Ajustes de 50/51 y curvas de fusibles contra el estudio de coordinación, con inyección secundaria de cada relé.
- Esquema de barra rápida, si existe, con prueba de la señal de bloqueo de cada alimentador.
- Pruebas de los interruptores y de los transformadores antes de energizar.
Le ayudamos con su sistema radial
Un sistema radial bien coordinado aísla cada falla en el punto más cercano y no saca la planta entera. 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.
Guías relacionadas
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.
- IEEE C37.234: guía de aplicación de protecciones a barras (esquemas de bloqueo en barras radiales).
- Siemens, Totally Integrated Power: Planning of Electric Power Distribution – Technical Principles (cap. 2.7, configuraciones de red).
- CREG, Resolución Única del sector eléctrico, art. 7.1.4.15.2.1 (Código de Conexión).
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre radial simple y radial en media tensión?
En el radial simple un solo transformador baja a la tensión de utilización y todo se distribuye en baja tensión. En el radial en media tensión (radial expandido) se distribuye en media tensión dentro de la planta y cada área tiene su propio transformador, de modo que una falla en un transformador solo afecta su área.
¿El sistema radial necesita protección diferencial de barras?
Normalmente no. La selectividad se logra con sobrecorriente coordinada en tiempo y corriente, fusibles o, en barras de media tensión, con un esquema de bloqueo entre el relé de llegada y los de los alimentadores.
¿Cuándo deja de ser suficiente un sistema radial?
Cuando el proceso no tolera la duración de una reparación de cable o de transformador. Entonces se pasa a primario selectivo, secundario selectivo o anillo, que dan un segundo camino de alimentación.