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Maniobra controlada (point-on-wave): qué es y dónde se usa

IEC 61850: CPOW

Maniobra controlada o sincronizada: por qué cerrar o abrir en un punto de la onda en condensadores, reactores, transformadores y líneas.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group. Revisado por el equipo de ingeniería de Tiza Group · .

barra AT52bancopolosPoWBCUbanco abiertoorden de cierre del BCUpolo A cierra en su ceropolo C, 60° despuéspolo B, 60° despuéssin transitorio de energizaciónABCino controladocontroladocierre en el cero de tensión de cada polo (neutro a tierra)IEC 61850CSWICPOWXCBR (por polo)© tizagrp.combarra AT52bancopolosPoWBCUbanco abiertoorden de cierre del BCUpolo A cierra en su ceropolo C, 60° despuéspolo B, 60° despuéssin transitorio de energizaciónABCino controladocontroladocierre en el cero de tensión de cada polo (neutro a tierra)IEC 61850CSWICPOWXCBR (por polo)© tizagrp.com
Maniobra controlada (point-on-wave): cierre de cada polo en el cero de tensión. Ubicación en el sistema, principio de funcionamiento e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

La maniobra controlada retrasa la orden de cierre o de apertura de cada polo del interruptor para que sus contactos actúen en el punto de la onda de tensión o de corriente que menos transitorios produce: cerca del cero de tensión al energizar condensadores, cerca del pico en reactores y transformadores sin flujo residual, y con un tiempo de arco seguro al abrir reactores. El controlador compensa la dispersión del tiempo de operación del interruptor.

Qué es la maniobra controlada

Un interruptor que recibe una orden la ejecuta en un instante cualquiera de la onda de tensión. Para la mayoría de las cargas no importa. Para algunos equipos sí: según el punto de la onda en que se toquen o se separen los contactos, la maniobra produce una corriente de energización varias veces la nominal, una sobretensión transitoria o un reencendido del arco.

La maniobra controlada, también llamada sincronizada o point-on-wave, usa un controlador que recibe la orden, mide una tensión o corriente de referencia y retrasa la orden a cada polo para que actúe en el instante óptimo de su fase. El controlador va entre la orden de control o de protección y las bobinas del interruptor.

En IEC 61850 la función se modela con el nodo lógico CPOW: recibe la orden de operar desde el CSWI y la entrega al interruptor en el instante calculado.

Por qué importa el punto de la onda

Bancos de condensadores. Un condensador descargado es un cortocircuito en el instante de cierre. Si el polo cierra cuando la tensión de la red pasa por cero, la corriente de energización es mínima; si cierra en el pico, es máxima. Con bancos en conexión back-to-back la diferencia es aún mayor. El objetivo es cerrar cerca del cero de tensión entre contactos.

Reactores en derivación. Al abrir, el problema son los reencendidos: si los contactos se separan justo antes del cero de corriente, la distancia es pequeña cuando aparece la tensión de restablecimiento y el arco reenciende. El controlador elige un tiempo de arco suficientemente largo. Al cerrar, el instante óptimo es cerca del pico de tensión, para evitar la componente continua de la corriente.

Transformadores. La corriente de energización depende de la diferencia entre el flujo que impone la tensión y el flujo residual del núcleo. Sin flujo residual conocido, el cierre de cada fase cerca del pico de su tensión reduce la corriente. Con flujo residual, el controlador debe estimarlo a partir de la tensión al desenergizar y elegir el instante en que el flujo impuesto coincida con él.

Líneas sin compensar. Al energizar o recerrar una línea larga, la sobretensión depende de la tensión entre contactos en el instante de cierre, incluida la carga atrapada en la línea tras una apertura. El controlador busca el cero de esa tensión. Es una alternativa a las resistencias de preinserción que se describen en interruptor de extra alta tensión.

AplicaciónManiobra controladaInstante buscado
Banco de condensadoresCierreCerca del cero de tensión entre contactos
Reactor en derivaciónAperturaTiempo de arco que evite reencendidos
Reactor en derivaciónCierreCerca del pico de tensión
TransformadorCierreFlujo impuesto igual al residual; sin residual, cerca del pico
Línea sin compensarCierre o recierreCerca del cero de tensión entre contactos

Dispersión del interruptor y compensación

El controlador solo acierta si sabe cuánto tarda el interruptor. El tiempo de cierre y el de apertura varían con:

  • la temperatura ambiente,
  • la tensión de control de las bobinas,
  • la presión hidráulica o neumática, o la energía del resorte,
  • el tiempo que el interruptor estuvo inactivo,
  • el desgaste acumulado.

Los controladores modernos miden esas variables y corrigen el tiempo previsto, y además aprenden de las maniobras anteriores comparando el instante real con el buscado. Al cerrar hay que considerar también el precebado: el arco se establece antes del contacto mecánico, cuando la rigidez dieléctrica del espacio entre contactos cae por debajo de la tensión aplicada. La característica de rigidez del interruptor forma parte del cálculo.

Por eso la maniobra controlada exige interruptores con tiempos estables. El informe técnico IEC TR 62271-302:2010 trataba los interruptores con operación no simultánea intencional de los polos, base de esta técnica; IEC lo retiró el 29 de noviembre de 2024 sin indicar un documento que lo sustituya, de modo que hoy el interruptor se especifica con IEC 62271-100 y con los datos de dispersión de tiempos que entrega el fabricante.

Dónde se usa

  • Subestaciones de alta y extra alta tensión con bancos de condensadores, reactores en derivación y líneas largas.
  • Energización de transformadores de potencia grandes, sobre todo en redes débiles o cerca de generación, donde la corriente de energización produce huecos de tensión o disparos.
  • Parques eólicos y solares que energizan transformadores elevadores en redes de poca potencia de cortocircuito.
  • Media tensión en algunos bancos de condensadores con maniobra frecuente, con interruptores de vacío de tiempos estables.

Cómo se coordina con el control y la protección

  • Órdenes de control: el cierre manual y el remoto pasan por el controlador, junto con los enclavamientos y la verificación de sincronismo que correspondan.
  • Disparos de protección: normalmente no se retrasan. La protección abre de inmediato, salvo en reactores, donde la apertura controlada es la razón del esquema y el retardo es de pocos milisegundos.
  • Recierre: si el recierre debe ser controlado, la orden del recierre automático 79 también pasa por el controlador.
  • Modo de respaldo: si el controlador falla o pierde la referencia, la orden pasa directa y se genera una alarma.

Qué falla en la práctica

  • Instante de cierre corrido porque el tiempo real del interruptor cambió tras un mantenimiento y nadie actualizó el controlador.
  • Referencia de tensión equivocada o con la fase mal asignada, que hace actuar cada polo en un punto que no es el buscado.
  • Flujo residual mal estimado en transformadores, con corrientes de energización que siguen siendo altas.
  • Controlador en bypass sin alarma visible, con maniobras no controladas durante meses.

Cómo se prueba

En términos generales se verifica la referencia de tensión de cada fase, se miden los tiempos reales del interruptor con una prueba de tiempos de operación para compararlos con los parametrizados, y se registran maniobras reales con oscilografía para comprobar el instante de cierre o apertura de cada polo. El controlador guarda sus propios registros, que sirven para seguir la tendencia de los tiempos.

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Referencias

  • IEC TR 62271-302:2010, High-voltage switchgear and controlgear – Part 302: Alternating current circuit-breakers with intentionally non-simultaneous pole operation (retirado por IEC el 2024-11-29).
  • IEC 62271-100, High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: Alternating-current circuit-breakers.
  • IEC 62271-110, High-voltage switchgear and controlgear – Part 110: Inductive load switching.
  • IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes (CPOW, CSWI, XCBR).

Preguntas frecuentes

¿Qué necesita un interruptor para admitir maniobra controlada?

Mando por polo, o un mando tripolar con desfase mecánico fijo entre polos, y tiempos de operación estables y repetibles. IEC TR 62271-302:2010 trataba los interruptores con operación no simultánea intencional de los polos, pero IEC lo retiró en noviembre de 2024; hoy se especifica con IEC 62271-100 y la documentación del fabricante.

¿La maniobra controlada reemplaza las resistencias de preinserción?

En algunos casos sí. En la energización de líneas y de bancos de condensadores puede sustituir a las resistencias de preinserción o a los reactores limitadores, con menos partes mecánicas en el interruptor. La decisión sale de un estudio de transitorios de maniobra para cada aplicación.

¿Qué pasa si el controlador falla?

El diseño define el modo de respaldo: lo habitual es que la orden pase directamente al interruptor sin retardo, de modo que la maniobra se realiza igual pero sin control del instante. Esa condición debe alarmar, porque los transitorios vuelven a ser los de una maniobra no controlada.

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