Configuración secundario selectivo: principal-enlace-principal

Qué es la configuración secundario selectivo

Es un tablero de doble extremo: dos secciones de barra, cada una alimentada por su transformador a través de un interruptor principal, y un interruptor de enlace entre las dos secciones. Por eso se le llama también principal-enlace-principal (main-tie-main). Cada transformador se alimenta de un circuito de media tensión distinto. La IEEE Std 141 (Red Book) la incluye entre las configuraciones básicas de distribución industrial.

En el diagrama de esta serie de configuraciones de subestación hay dos fuentes de media tensión, el Transformador 1 y el Transformador 2, el tablero con la Sección 1 y la Sección 2, el enlace y dos grupos de cargas, uno en cada sección. El mismo arreglo se usa con tableros de media tensión alimentados por dos transformadores de alta tensión.

Cómo opera en servicio normal

Los dos principales están cerrados y el enlace abierto. Cada sección funciona como un sistema radial independiente con su transformador, y el nivel de cortocircuito en cada sección es el de un solo transformador. Los enclavamientos impiden cerrar los tres interruptores a la vez cuando el diseño no admite paralelo.

Algunos diseños operan con el enlace cerrado para no tener interrupción al perder una fuente. El costo es un nivel de cortocircuito mayor en el tablero, porque se suman las contribuciones de los dos transformadores: del orden del doble con dos transformadores iguales cuando la impedancia de la red de media tensión es pequeña frente a la de los transformadores, y la necesidad de protecciones que eviten que un transformador alimente una falla en el otro.

Qué pasa ante fallas y mantenimientos

• Pérdida de una alimentación o falla en un transformador. La protección del transformador abre su interruptor de media tensión y su principal. Luego se cierra el enlace, de forma manual o automática, y la sección queda alimentada por el otro transformador.
• Falla en una sección de barra. Abre el principal de esa sección. La transferencia debe quedar bloqueada para no cerrar el enlace sobre la falla. Se pierden las cargas de esa sección; la otra sigue.
• Falla en una carga o alimentador de baja tensión. Abre su interruptor; nada más se entera si la coordinación es correcta.
• Falla de interruptor (50BF). Si un interruptor de carga no abre, abre el principal de su sección o, con enlace cerrado, el enlace y el principal. Si el que falla es el enlace en operación de un solo extremo, se pierde todo el tablero.
• Mantenimiento. Un transformador, su cable o su principal se mantienen con su sección alimentada por el enlace. Mantener el enlace o una sección de barra obliga a sacar esa sección.

Confiabilidad, flexibilidad, costo y área

Se elige cuando el proceso no tolera esperar la reparación de un transformador. Frente al primario selectivo, cubre además la falla del transformador, a cambio de duplicar la capacidad de transformación. Frente al sistema radial, cuesta más: duplica la transformación y agrega el enlace y su lógica. Frente a la red secundaria spot network, tiene una interrupción breve al transferir, pero no necesita protectores de red ni opera con transformadores en paralelo. En alta y media tensión, el equivalente es la barra sencilla seccionada con dos llegadas.

Implicaciones para protección y control

• Coordinación de tres niveles. Carga, enlace y principal deben coordinar en tiempo y corriente, con sobrecorriente de fases y tierra o con los disparos electrónicos de los interruptores de baja tensión. La coordinación se revisa con el enlace abierto y cerrado.
• Transferencia automática. Se inicia por pérdida de tensión en una sección, detectada con subtensión 27 en el PT del lado del transformador, confirma tensión en la otra sección y abre el principal antes de cerrar el enlace. Se bloquea si el principal abrió por sobrecorriente, porque eso indica una falla en la barra.
• Transferencia con motores. Un boletín técnico de la Oficina de Instalaciones de Investigación de los NIH (EE. UU.) describe cuatro esquemas: lento (tiempo fijo), por tensión residual, en fase y rápido. Cita la norma ANSI/NEMA C50.41, que limita la tensión por hertz resultante entre el motor y la nueva fuente, en el instante de la reconexión, a 1,33 p.u.
• Paralelo con enlace cerrado. Si se admite, las llegadas necesitan protección que discrimine el sentido de la corriente, como la direccional 67 o la potencia inversa 32, para que una falla en un transformador no la alimente el otro a través del enlace.
• Falla a tierra en tableros de cuatro hilos. Con neutro distribuido, parte de la corriente de neutro circula entre secciones; la protección de falla a tierra de un tablero de doble extremo necesita un esquema diseñado para eso.
• Transformadores. 87T en unidades grandes, sobrecorriente y protecciones propias en las demás.

Uso típico

En baja tensión es el tablero de doble extremo de plantas industriales, hospitales y centros de datos. En media tensión se usa en subestaciones industriales con dos transformadores de potencia. Ver tablero de baja tensión y CCM y celdas de media tensión.

Pruebas en puesta en servicio

• Enclavamientos entre principales y enlace en todas las combinaciones, mecánicos y eléctricos.
• Lógica de transferencia y retorno con inyección secundaria: pérdida de tensión, tiempos, bloqueo por falla en barra y criterio de tensión residual o de fase.
• Coordinación de carga, enlace y principal con el enlace abierto y cerrado.
• Protección de falla a tierra del tablero con corriente inyectada en cada sección.

Le ayudamos con su secundario selectivo

La transferencia, los bloqueos y la coordinación de tres niveles son los puntos donde más fallan estos tableros. 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 Std 141 (Red Book): práctica recomendada de distribución eléctrica en plantas industriales.
• IEEE Std 242 (Buff Book): protección y coordinación de sistemas industriales y comerciales.
• IEEE Std 493 (Gold Book): diseño de sistemas industriales y comerciales confiables.
• ANSI/NEMA C50.41: Polyphase Induction Motors for Power Generating Stations (transferencia y recierre de barras de motores).
• NIH, Office of Research Facilities, Technical Bulletin Secondary Selective Power Distribution Automatic Transfer, octubre de 2014.

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