Protección de alimentadores radiales: reconectador y fusible

Qué es el esquema de protección de alimentador radial

Un alimentador radial de media tensión sale de la subestación y reparte la energía por un tronco y muchos ramales, con transformadores de distribución a lo largo. La potencia fluye en un solo sentido. La mayoría de las fallas en tramos aéreos son transitorias.

El esquema reparte la protección en cascada entre varios dispositivos, cada uno con su zona, y aprovecha el recierre para no dejar sin servicio a los usuarios por fallas que desaparecen solas. El objetivo es la selectividad: que actúe el dispositivo más cercano a la falla. Es el esquema más común de la serie de esquemas de protección de subestaciones.

Qué dispositivos lo forman y cómo se coordinan

• Relé de cabecera en la celda del alimentador: sobrecorriente de fases y tierra 50/51 y 50N/51N, a veces tierra sensible, y recierre 79. Toma el CT de su celda y dispara su interruptor.
• Reconectador en el tronco: interruptor con control propio, curvas rápidas y lentas y varios intentos de recierre.
• Seccionalizador en derivaciones importantes: cuenta las aperturas del reconectador o relé aguas arriba y abre durante un tiempo muerto.
• Fusibles en ramales y en transformadores de distribución.

La coordinación funciona por pares, aguas abajo hacia aguas arriba:

• Reconectador y fusible: en el modo de ahorro de fusibles, la curva rápida del reconectador debe despejar antes de que el fusible se dañe; la curva lenta debe dejar actuar al fusible.
• Seccionalizador y reconectador: el conteo del seccionalizador debe ser menor que el número de operaciones del reconectador hasta el bloqueo, para que el seccionalizador abra antes de que el reconectador quede bloqueado.
• Relé de cabecera y reconectador: las curvas y los ciclos de recierre del relé deben dar margen al reconectador en todas sus operaciones.

Lógica y secuencia

Para una falla transitoria en un ramal con fusible, con ahorro de fusibles:

1. El reconectador ve la falla y dispara con su curva rápida; el fusible no alcanza a fundirse.
2. Tiempo muerto. El arco se extingue.
3. El reconectador recierra y el servicio vuelve para todos.

Para una falla permanente en el mismo ramal:

1. Disparo rápido y recierre, la falla sigue.
2. El reconectador pasa a su curva lenta; el fusible del ramal se funde primero y aísla el tramo.
3. El resto del alimentador sigue en servicio.

Si la falla está después de un seccionalizador, este cuenta las aperturas del reconectador y, al completar su conteo, abre durante el tiempo muerto; el reconectador recierra con éxito sobre el tramo sano.

Variantes

• Rural: troncos largos, corrientes de falla bajas al final, varios reconectadores en cascada y protección sensible a tierra.
• Urbano con tramos subterráneos: el recierre se limita o se bloquea en tramos de cable, donde las fallas suelen ser permanentes. En tableros de media tensión de la subestación, la barra se protege a menudo con enclavamiento inverso entre la acometida y los relés de alimentador.
• Industria y minería: alimentadores internos de planta con relés en cada celda y, en redes aéreas extensas, reconectadores.
• Baja tensión: interruptores con unidad de disparo y fusibles, sin recierre.
• Con generación distribuida: requiere revisar sensibilidades, direccionalidad y la protección anti-isla de las plantas.

Criterios de diseño

• Corrientes de falla máximas y mínimas en cada punto, del estudio de cortocircuito.
• Curvas de los fusibles (fusión mínima y despeje total) y de los relés y reconectadores.
• Filosofía del operador de red: ahorro o sacrificio de fusibles, número de intentos, tiempos muertos.
• Cargas sensibles e industriales que no toleran varios recierres.
• Corrientes de energización del alimentador tras un recierre.

Los márgenes y curvas se definen en el estudio de coordinación de protecciones; IEEE C37.230 recoge las prácticas aceptadas.

Cómo lo implementa cada fabricante

Los relés de alimentador de Siemens SIPROTEC (DIGSI), SEL (AcSELerator QuickSet), ABB Relion 615 (PCM600), GE Vernova Multilin (EnerVista) y Schneider Easergy / MiCOM (Easergy Studio) ofrecen curvas IEC e IEEE, recierre de varios intentos y ahorro de fusibles. En reconectadores, el control del equipo (por ejemplo, los de NOJA Power, el SEL-651R de SEL o los de Schneider Electric) integra las curvas rápidas y lentas y la secuencia de recierre. En transmisión, el equivalente al recierre del alimentador es el recierre monopolar y tripolar. Cambian la forma de asignar curvas por intento, de contar operaciones y de tratar la secuencia coordinada entre dispositivos en serie.

Por qué falla o dispara mal

• Dispara la cabecera por una falla en un ramal: curva rápida del relé de cabecera sin coordinación con el reconectador, o falta de coordinación de secuencia.
• Se funde el fusible por una falla transitoria: curva rápida demasiado lenta para el fusible instalado, o fusible cambiado por uno de otro tipo.
• Seccionalizador que no abre: conteo mayor que las operaciones del reconectador, corriente por debajo de su umbral.
• Disparos de alimentadores sanos por aporte de motores o de generación distribuida a fallas vecinas.
• Disparo por carga fría (cold load pickup) al reenergizar tras un tiempo muerto largo o una interrupción prolongada, cuando la corriente de arranque de las cargas supera los ajustes.

Revise primero los registros del reconectador y del relé de cabecera: qué curva actuó en cada intento y con qué corriente.

Cómo se prueba

El relé de cabecera y el control del reconectador se prueban por inyección secundaria: curvas, ciclo de recierre y bloqueos. Los reconectadores suelen probarse además con el equipo de prueba de su control. La coordinación se valida en el estudio, y en campo se verifica que los ajustes y fusibles instalados coincidan con lo estudiado.

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Referencias

• IEEE C37.230-2020, Guide for Protective Relay Applications to Distribution Lines.
• IEEE C37.104-2022, Guide for Automatic Reclosing on AC Distribution and Transmission Lines.
• IEC/IEEE 62271-111 (IEEE C37.60), High-voltage switchgear and controlgear – Part 111: Automatic circuit reclosers for alternating current systems up to 38 kV.
• IEEE C37.63-2024, Standard Requirements for Overhead, Pad-Mounted, Dry-Vault, and Submersible Automatic Line Sectionalizers for Alternating Current Systems up to and Including 38 kV.
• J. L. Blackburn y T. J. Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.

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