Red secundaria spot network: cómo opera y cómo se protege

Qué es la configuración spot network

Es una barra de baja tensión, llamada colectora, alimentada en paralelo por dos o más transformadores de red. Cada transformador recibe un alimentador de media tensión distinto, y entre cada transformador y la barra hay un protector de red (network protector): un interruptor de baja tensión con relé propio que abre por potencia inversa. La IEEE Std 141 (Red Book) la incluye entre las configuraciones de distribución; la IEEE C57.12.44 fija los requisitos de los protectores y la IEEE C37.108 trata la protección de los transformadores de red.

En el diagrama de esta serie de configuraciones de subestación hay dos alimentadores de media tensión, A y B, dos transformadores con sus protectores, la barra colectora y los alimentadores de carga.

Se diferencia de la red secundaria mallada de área (grid network), que conecta muchas barras de una zona urbana por cables de baja tensión: la spot network sirve a un solo punto, como un edificio o una planta.

Cómo opera en servicio normal

Todos los protectores están cerrados y los transformadores se reparten la carga. Como cada carga se alimenta por al menos dos caminos, el arranque de un motor produce menos caída de tensión que en un sistema radial. Los transformadores suelen ser delta en media tensión y estrella en baja, lo que evita corriente de secuencia cero en el alimentador por desequilibrio de cargas.

Qué pasa ante fallas y mantenimientos

• Falla en el Alimentador A o en su transformador. El interruptor de cabecera de A abre. La barra colectora sigue alimentando la falla a través del Transformador A, el flujo se invierte y su protector abre por potencia inversa. La carga sigue alimentada por el Transformador B sin interrupción.
• Restablecimiento. Al reparar y cerrar el alimentador A, su protector cierra solo si la tensión del transformador es algo mayor que la de la red y está en fase. Si se invirtieron fases en la reparación, no cierra.
• Falla en la barra colectora. La potencia fluye hacia la barra, así que los protectores no la ven como inversa. En subestaciones con barra partida, Eaton describe relés de falla a tierra que abren primero el enlace y luego el protector de la sección fallada mediante relés de bloqueo 86. Los fusibles del protector dan respaldo.
• Falla de un protector. Si un protector no abre ante una falla en media tensión, sus fusibles, del lado de la red, dan el respaldo.
• Mantenimiento. Un alimentador se saca abriendo su interruptor de cabecera; su protector abre por la corriente de magnetización inversa y la carga no se entera. Un protector o un transformador se mantienen con el resto en servicio.

Confiabilidad, flexibilidad, costo y área

Es una de las configuraciones de mayor continuidad para un punto de carga en baja tensión: la pérdida de un alimentador o de un transformador no produce interrupción, aunque la carga ve el hueco de tensión mientras dura la falla. Todo el equipo se dimensiona para la contingencia simple: la carga debe caber en los transformadores restantes, con uno fuera, sin superar su capacidad térmica.

Frente al secundario selectivo, evita la interrupción de la transferencia, pero cuesta más y opera con un nivel de cortocircuito mayor porque los transformadores están en paralelo. Frente al primario selectivo y al anillo abierto de media tensión, cubre también la falla de un transformador.

Implicaciones para protección y control

• Relé de red. Debe abrir ante potencia inversa por falla en media tensión y también ante la corriente de magnetización inversa cuando se abre el alimentador; su retardo y su sensibilidad se ajustan para no abrir por flujos inversos normales y breves.
• Cierre automático. Compara tensión y ángulo entre transformador y red antes de cerrar; es parecido en concepto a una verificación de sincronismo 25, con criterios propios del protector.
• Cortocircuito y arco en baja tensión. Con transformadores en paralelo, la corriente de falla en la barra es alta. Eaton advierte que a 480 V un arco suele mantenerse hasta que lo interrumpe un dispositivo de protección, por eso la protección de barras y de falla a tierra se diseña con cuidado.
• Alimentadores de media tensión. Su protección de cabecera, con sobrecorriente de fases y tierra, debe despejar fallas en el cable y en el transformador; con transformadores delta-estrella, las fallas a tierra en baja tensión no se ven desde media tensión.

Uso típico

Se usa en edificios y cargas críticas en zonas de alta densidad de carga servidas por redes subterráneas, como centros de ciudades, hospitales y aeropuertos, sobre todo en la práctica norteamericana. Su uso en Colombia y Latinoamérica depende de cada operador de red. Ver también transformador de distribución.

Pruebas en puesta en servicio

• Pruebas de los protectores según su fabricante: disparo por potencia inversa, cierre por tensión y fase, y no cierre con fases invertidas.
• Relés de falla a tierra y lógica de bloqueo de la barra con inyección secundaria.
• Relación de transformación, grupo de conexión y polaridad de los transformadores antes de ponerlos en paralelo.
• Verificación de la contingencia simple con mediciones de carga.

Le ayudamos con su spot network

Los ajustes del relé de red y la protección de la barra colectora definen si la red da la continuidad para la que se pagó. 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.

Referencias

• IEEE C57.12.44: requisitos de los protectores de red secundaria.
• IEEE C37.108: guía de protección de transformadores de red.
• IEEE Std 141 (Red Book): práctica recomendada de distribución eléctrica en plantas industriales.
• Eaton, Consulting Application Guide, sección 18: Spot Network Equipment.

Preguntas frecuentes