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Planos de protección y control: el diseño secundario

Qué documentos forman el diseño secundario de una subestación: unifilar de protección, circuitos de CT y PT, disparo, señales, tableros y red.

Por Shadai García, CEO e ingeniero de protecciones de Tiza Group.

unifilar de protecciónesquemasCT y PTdisparoy cierreenclava-mientosserviciosauxiliares CClista de señalestableros y cableadored y archivo SCDse define el unifilar de protecciónsalen los esquemasse consolida la lista de señalesse construyen tableros y redcambio en el unifilarse revisa todo lo que depende de élunifilaresquemas de mandolista de señalestableros y cableadored y SCDcambioun cambio aguas arriba se propagahacia todos los planos que dependen de élPaqueteUnifilarEsquemasSeñalesTablerosSCD© tizagrp.comunifilar de protecciónesquemasCT y PTdisparoy cierreenclava-mientosserviciosauxiliares CClista de señalestableros y cableadored y archivo SCDse define el unifilar de protecciónsalen los esquemasse consolida la lista de señalesse construyen tableros y redcambio en el unifilarse revisa todo lo que depende de élunifilaresquemas de mandolista de señalestableros y cableadored y SCDcambioun cambio aguas arriba se propagahacia todos los planos que dependen de élPaqueteUnifilarEsquemasSeñalesTablerosSCD© tizagrp.com
Diseño secundario: paquete de planos de protección y control y sus dependencias. Ubicación en el sistema y principio de funcionamiento. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

El diseño secundario de una subestación es el conjunto de planos y listas que describen cómo se miden, protegen, mandan y comunican los equipos de patio: unifilar de protección y medida, circuitos de CT y PT, esquemas de disparo y cierre, enclavamientos, servicios auxiliares de corriente continua, lista de señales, tableros, cableado y arquitectura de red. En un proyecto con IEC 61850 se suman los archivos de configuración del sistema.

Respuesta corta

El diseño secundario describe todo lo que rodea al equipo de potencia sin conducir la corriente principal. Incluye cómo se mide (CT y PT), cómo se protege (relés), cómo se manda (disparo, cierre, enclavamientos), de dónde se alimenta (servicios auxiliares) y cómo se comunica (señales y red). Se entrega como un paquete de planos y listas que debe ser coherente entre sí. Esta guía explica qué contiene ese paquete. Los planos que pide el operador de red para aprobar una conexión están en planos para el operador de red; aquí el foco es el diseño que construye y prueba la subestación.

Lo que contiene el paquete

DocumentoQué muestraPara qué sirve
Unifilar de protección y medidaEquipos de patio, CT, PT, funciones de protección y medidas por bahíaEs el mapa de referencia: todo lo demás se deriva de él
Esquemas de corriente y tensiónConexión de los CT y PT a relés, medidores y registradores, con puestas a tierraDefine cargas de los CT, polaridades y puntos de tierra
Esquemas de disparo y cierreCamino de las órdenes desde relés y mando hasta las bobinas del interruptor, con supervisiónDefine qué protección abre qué interruptor y qué bloquea el cierre
Enclavamientos y lógicasCondiciones que permiten o impiden cada maniobraDocumenta la lógica que luego se programa y se prueba
Servicios auxiliares de corriente continuaAlimentaciones, protecciones y redundancia de cada tablero y circuitoEvita que una falla de alimentación deje sin protección una bahía
Lista de señalesCada entrada, salida, alarma, medida y mando, con su destinoEs la base del cableado, del SCADA y de las pruebas
Disposición de tableros y regletasUbicación de equipos en cada tablero y asignación de bornesPermite construir y mantener el tablero
Listas de cables y cableadoOrigen, destino, calibre y función de cada cablePermite instalar, probar y localizar fallas
Arquitectura de comunicacionesRedes, conmutadores, relojes y enlaces con el centro de controlDefine la ruta de cada señal y la sincronización
Matriz de disparosQué función dispara qué interruptor y con qué bloqueoSe prueba contra la protección instalada
Memorias de cálculoCarga de CT, alcance de funciones, dimensionamiento de bateríasJustifican las selecciones del diseño

Las funciones que aparecen en los planos se identifican con su número ANSI; véase Números ANSI de las funciones de protección. Qué protecciones lleva cada tipo de bahía, punto de partida de los planos, se resume en Protección por bahía: qué lleva cada tipo de bahía.

De la lista de señales a los planos

La lista de señales es el documento que más decisiones concentra. De ella salen las entradas y salidas de cada relé, los puntos que se envían al SCADA, las alarmas y el cableado. Un error en la lista se propaga a los planos, al cableado y a las pruebas, y se descubre tarde. Por eso se revisa con operación antes de congelarla; vea lista de señales de la subestación.

El camino habitual es: alcance funcional, unifilar de protección y medida, selección de relés, lista de señales, esquemas por bahía, tableros, cableado y, por último, ajustes y pruebas.

Orden de elaboración del diseño secundario
  1. Alcance funcional. Funciones por bahía y señales hacia el centro de control
  2. Unifilar de protección y medida. CT, PT, relés y medidores por bahía
  3. Selección de equipos. Relés, controladores, medidores y tableros
  4. Lista de señales. Entradas, salidas, alarmas, medidas y mandos
  5. Esquemas por bahía. Corriente, tensión, disparo, cierre y enclavamientos
  6. Tableros y cableado. Disposición, bornes, cables y rutas
  7. Ajustes y pruebas. Matriz de disparos, FAT y SAT
  8. Planos como construido. Actualización tras las pruebas en sitio

Los consumos de corriente continua determinan el tamaño de la batería; el cálculo está en Dimensionamiento de baterías estacionarias. Antes de entregar el paquete puede repasarlo con la lista de verificación de puesta en servicio gratuita.

Lo que añade IEC 61850

En una subestación con IEC 61850 el diseño incluye la ingeniería de comunicaciones como parte del paquete. IEC 61850-6 define el lenguaje SCL y sus archivos: el ICD describe la capacidad de cada equipo, el SSD la especificación del sistema, el SCD la configuración de toda la subestación con sus comunicaciones y el CID la configuración que se carga en cada equipo. Los mensajes GOOSE reemplazan parte del cableado de disparos y enclavamientos entre relés, así que algunas señales dejan de estar en los planos de cableado y pasan a la tabla de mensajes y al SCD. Vea archivos SCL IEC 61850 y ingeniería IEC 61850, de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. La lógica de enclavamientos, con cableado o con mensajes, se documenta en enclavamiento de bahía y de estación.

Cómo se organizan los equipos por niveles y sus interfaces está en niveles e interfaces de IEC 61850.

Qué hace que un paquete sea bueno

  • Coherencia. El mismo nombre y la misma numeración de equipos en el unifilar, los esquemas, las listas y los ajustes. Un relé que se llama distinto en cada documento es una fuente de errores.
  • Trazabilidad. Cada señal de la lista aparece en un esquema, en un cable, en un borne y en una prueba.
  • Supervisión del disparo. Los circuitos de disparo y cierre se diseñan con supervisión de las bobinas; vea supervisión del circuito de disparo y bobinas de disparo y cierre.
  • Medida confiable. Las conexiones de CT y PT con sus tierras y su supervisión; vea supervisión de PT y CT.
  • Alimentación redundante. La distribución de corriente continua evita que un solo fusible o interruptor deje fuera una bahía; vea tablero de distribución de corriente continua.
  • Preparado para probar. Bornes de prueba, bloques de cortocircuito de CT y puntos de inyección previstos desde el plano, no agregados en sitio.

Errores frecuentes

  • Congelar los planos antes de definir el alcance funcional y las señales.
  • Cargas de CT calculadas con un relé distinto del finalmente instalado.
  • Esquemas de disparo sin la matriz de disparos que los respalde.
  • Planos de tablero que no coinciden con la regleta real.
  • No actualizar los planos con lo construido y probado.
  • Diseñar sin pensar en las pruebas de aceptación, que luego exigen modificar el cableado.

Cómo le ayudamos

Elaboramos y revisamos el diseño secundario de subestaciones y plantas: unifilares de protección, esquemas, lista de señales, arquitectura de comunicaciones e ingeniería IEC 61850, dentro de la ingeniería secundaria. Luego configuramos los relés con la configuración remota de relés y verificamos el conjunto en las pruebas FAT y SAT. Si ya tiene un paquete y necesita una revisión de coherencia antes de construir, envíenoslo. Los componentes, la redundancia, el centro alterno y las pantallas del operador se tratan en diseño de un centro de control.

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Referencias

  • IEC 61850-6, Communication networks and systems for power utility automation - Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs (archivos ICD, SSD, SCD y CID).
  • IEC 61850-4, System and project management.

Preguntas frecuentes

¿Qué es lo primero que se define en el diseño secundario?

El alcance funcional: qué funciones de protección, control y medida tendrá cada bahía y qué señales deben llegar al centro de control. De ahí salen la lista de señales, la selección de relés y los esquemas. Cambiar ese alcance al final obliga a rehacer planos, cableado y pruebas.

¿Quién revisa los planos secundarios además del diseñador?

El operador de red, cuando la subestación se conecta a su sistema, revisa la parte que afecta la conexión: protecciones, medida y comunicaciones con su centro de control. Además, el propietario o su interventoría revisa la coherencia con la especificación y, en proyectos con certificación, el inspector verifica la parte regulada. Los requisitos varían con el nivel de tensión.

¿Por qué los planos secundarios se actualizan después de la puesta en servicio?

Porque en las pruebas aparecen diferencias entre lo diseñado y lo construido: un cableado cambiado, un contacto reasignado, un ajuste distinto. Esas diferencias se llevan a los planos como construido (as built). Sin ellos, el siguiente mantenimiento trabaja con planos que no son los de la instalación.

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