Regulador de tensión 90 (ATCC): qué es y cómo funciona

Respuesta corta

El regulador automático de tensión (ANSI 90, dispositivo regulador en IEEE C37.2) compara la tensión medida en el lado de carga de un transformador con una consigna y ordena subir o bajar el cambiador de tomas bajo carga cuando la tensión sale de una banda durante un tiempo. Puede compensar la caída hasta un punto de carga remoto y se bloquea por subtensión, sobrecorriente o fin de recorrido. En IEC 61850 se modela con ATCC.

Qué es el regulador 90

En IEEE C37.2 el número 90 es el dispositivo regulador: mantiene una magnitud (tensión, corriente, potencia, velocidad, frecuencia o temperatura) en un valor o entre límites. En subestaciones, el 90 por excelencia es el regulador automático de tensión del cambiador de tomas bajo carga (OLTC): el controlador que decide cuándo subir o bajar una toma para mantener la tensión de la barra o del punto de carga.

No es una protección en sentido estricto, porque no despeja fallas. Pero vive en el mismo tablero, comparte transformadores de medida con las protecciones y su mal funcionamiento tiene consecuencias físicas: tensiones fuera de límites para los usuarios y desgaste prematuro del ruptor del cambiador. Tampoco hay que confundirlo con el regulador de tensión del generador (AVR), que actúa sobre la excitación.

Qué cuida el 90:

La tensión de servicio, dentro de la banda que exige el operador de red o el proceso industrial.
El cambiador de tomas, al evitar maniobras innecesarias y al bloquear las órdenes en condiciones en que el ruptor no debe operar.

Dónde se aplica

Equipo	MT	AT	EAT	Comentario
Transformador de distribución AT/MT con OLTC	Regula la barra de MT	Equipo en el lado de AT	No aplica	Aplicación principal
Autotransformador de transmisión con OLTC	No aplica	Sí	Sí	El cambio de tomas suele ordenarse con consigna del centro de control
Transformadores en paralelo	Sí	Sí	Sí	Necesita una lógica de paralelo
Regulador de tensión de línea (monofásico, de escalones)	Sí	No aplica	No aplica	Mismo principio, con su propio control
Transformador de acometida industrial con OLTC	Sí	Sí	No aplica	Plantas grandes con cargas sensibles a la tensión
Transformador elevador de planta solar o eólica	Sí	Sí	Según la planta	Coordinado con el control de la planta

En baja tensión no aplica: los transformadores de distribución tienen, en general, cambiador de tomas sin carga, que se mueve con el transformador desenergizado.

Cómo mide

El regulador necesita tres entradas:

Tensión del lado regulado, desde un transformador de tensión (PT). Muchos reguladores miden una sola tensión, de fase a fase o de fase a neutro.
Corriente del mismo lado, desde un transformador de corriente (CT), para la compensación de línea, para el bloqueo por sobrecorriente y para las lógicas de paralelo.
Posición de la toma y estado del mando a motor: si hay un cambio en curso, si terminó, si llegó a un extremo.

Sus salidas son las órdenes subir y bajar al mando a motor del cambiador. No tiene salida de disparo.

La característica

Se dibuja en el plano tensión contra tiempo:

Consigna: la tensión que se quiere mantener.
Banda: un margen por encima y por debajo de la consigna. Mientras la tensión está dentro, el regulador no hace nada.
Temporización: cuando la tensión sale de la banda, el regulador espera antes de ordenar. Con temporización lineal el retardo es fijo; con temporización inversa es más corto cuanto mayor es la desviación. Muchos reguladores usan un segundo tiempo, más corto, para los escalones siguientes.
Escalón: cada cambio de toma mueve la tensión una cantidad fija. Si la tensión vuelve a la banda, el temporizador se reinicia.

Compensación de caída en la línea (LDC). Con la corriente medida y los parámetros R y X de la línea hasta el centro de carga, el regulador estima la tensión en ese punto remoto y regula esa tensión en lugar de la de la barra. Algunos reguladores ofrecen una variante más simple que eleva la consigna en proporción a la corriente.

Bloqueos. Las órdenes se bloquean por:

subtensión, cuando se pierde la medida o la red está en falla;
sobrecorriente, para no maniobrar el ruptor con corrientes altas;
fin de recorrido, en la toma más alta o más baja;
falla del mando, cuando un cambio no termina en el tiempo esperado.

Ante una sobretensión fuerte muchos reguladores ordenan bajar con retardo corto.

Cómo decide el regulador 90 un cambio de toma

Medida. Tensión del lado regulado, corriente y posición de la toma
Compensación. Si hay LDC, estima la tensión en el punto de carga
¿La tensión está fuera de la banda alrededor de la consigna? Sí: continúa; No: Sin cambio de toma.
Temporización. Espera el retardo lineal o inverso
¿Hay un bloqueo activo? No: continúa; Sí: Orden inhibida por subtensión, sobrecorriente, extremo de recorrido o mando en falla.
Orden. Subir o bajar al mando a motor del cambiador

Criterios de ajuste

Consigna: la tensión que pide el operador de red o el proceso, medida en el punto que se quiere controlar.
Banda: mayor que la tensión de un escalón del cambiador, con margen. Si es más estrecha, el cambiador oscila entre dos tomas.
Retardo: suficiente para ignorar variaciones breves de la red y no tan largo que deje la tensión fuera de límites. Con reguladores en cascada (transmisión, distribución, línea) el que está más cerca de la fuente actúa primero y los siguientes esperan más.
LDC: R y X de la línea hasta el centro de carga, en la referencia de fases que pida el fabricante.
Bloqueos: umbrales de subtensión y sobrecorriente según la capacidad de corte del ruptor que da el fabricante del cambiador.

Los valores salen del estudio de la red y de los datos del transformador y del cambiador.

Interacción con otras funciones

Paralelo de transformadores: dos reguladores independientes en paralelo divergen y crean corriente circulante. Se coordinan por maestro-seguidor, corriente circulante o factor de potencia, como se explica en paralelo de transformadores con cambiador de tomas.
Diferencial 87T: cada toma cambia la relación del transformador y aparece una corriente diferencial de desbalance. La diferencial de transformador 87T se ajusta considerando todo el rango de tomas.
Protección del cambiador: el relé de flujo del compartimento del cambiador y las protecciones mecánicas 63 y 26 disparan el transformador; el regulador no las reemplaza.
Disparo y bloqueo 86: si el transformador dispara, el regulador queda bloqueado hasta la reposición.
Mando local y remoto: el selector local, remoto o automático define quién manda el cambiador, como se ve en niveles de mando y selector local-remoto.
Compensación reactiva y plantas: los bancos de condensadores, los reactores y el control de las plantas solares también mueven la tensión. Sus tiempos se coordinan para que no compitan.

Cómo lo implementa cada fabricante

Existen reguladores dedicados y relés de transformador que incluyen la función:

Reguladores dedicados: el TAPCON de Maschinenfabrik Reinhausen, el SEL-2414, el Beckwith M-2001 y los controles de reguladores de línea. Los describimos en reguladores de tensión: TAPCON, SEL-2414 y otros.
Relés y controladores de bahía: la serie Relion 670 de Hitachi Energy y otros IED de transformador incluyen el control automático del cambiador, con paralelo por comunicación.

Las diferencias prácticas están en la forma de la temporización inversa, en cómo se ingresa la LDC (R y X o Z), en los modos de flujo inverso y en cómo se leen la posición de la toma y el estado del mando.

Nodo lógico IEC 61850

IEC 61850-7-4 separa la función en varios nodos:

ATCC, control automático del cambiador de tomas: la lógica del regulador, con sus límites de bloqueo de subida y bajada, el modo local o remoto y las órdenes de subir y bajar.
AVCO, control de tensión: el nodo que representa al controlador de tensión, sin importar el método de control.
YLTC, el cambiador de tomas como equipo: posición de la toma y cambio en curso.

Las medidas llegan de los nodos de los transformadores de medida (TVTR y TCTR). En esquemas de paralelo, los reguladores intercambian posición, corriente y órdenes por GOOSE. No hay cadena hacia PTRC, porque el 90 no dispara.

Cómo se prueba

En general, con inyección secundaria y el mando a motor aislado se verifica:

La consigna, la banda y la reposición.
La temporización lineal o inversa y el tiempo de los escalones siguientes.
Los bloqueos por subtensión, sobrecorriente, fin de recorrido y falla del mando.
La LDC, inyectando corriente con distintos ángulos.
La lectura de la posición de la toma y las órdenes por el sistema de control.
La lógica de paralelo, si existe.

En la puesta en servicio se completa con el mando real y la tensión de la red.

Errores típicos

Banda más estrecha que el escalón: el cambiador oscila entre dos tomas.
Referencia de fases equivocada en la LDC: el regulador mide una tensión de fase a fase y una corriente de otra fase sin la corrección de ángulo que pide el fabricante, y compensa mal.
LDC activa con flujo inverso en una red con generación, que sube la tensión cuando debería bajarla.
Posición de la toma mal escalada o mal cableada: el regulador cree que llegó al extremo, o no se da cuenta de que llegó.
Bloqueo por sobrecorriente ausente: el ruptor maniobra con corrientes altas.
Reguladores en cascada con el mismo retardo, que se persiguen entre sí.
Transformadores en paralelo sin lógica de paralelo, con corriente circulante permanente.

Configuramos su regulador de tensión

¿Su cambiador opera demasiadas veces o la tensión se sale de la banda? Revisamos los registros y los ajustes del regulador de forma remota: consigna, banda, tiempos, compensación, bloqueos y paralelo, en cualquier marca. Díganos la marca y el modelo en configuración remota de relés o escríbanos.

Guías relacionadas

Referencias

IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations (dispositivo 90).
IEC 60214-1, Tap-changers – Part 1: Performance requirements and test methods.
IEEE C57.131, Standard Requirements for Tap Changers.
IEEE C57.15, Standard Requirements, Terminology, and Test Code for Step-Voltage Regulators: reguladores de línea y compensación de caída.
IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes: nodos ATCC, AVCO y YLTC.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el cambiador de tomas sube y baja una y otra vez?

Casi siempre la banda del regulador es más estrecha que la tensión de un escalón del cambiador: después de cada cambio la tensión cae fuera del otro lado de la banda y el regulador ordena el cambio contrario. También lo provocan un retardo muy corto o una compensación de línea mal ajustada.

¿El regulador 90 es lo mismo que el AVR de un generador?

No. El regulador 90 de una subestación actúa sobre el cambiador de tomas de un transformador. El regulador de tensión de un generador (AVR) actúa sobre la excitación de la máquina. Los dos regulan tensión, pero con equipos, tiempos y normas distintos.

¿Qué pasa con la compensación de línea cuando hay generación aguas abajo?

La compensación estima la caída hasta el punto de carga suponiendo que la potencia fluye desde la fuente hacia la carga. Con plantas solares o autogeneración el flujo puede invertirse y la compensación empuja la tensión en el sentido equivocado. Los reguladores ofrecen modos para flujo inverso que se eligen con el estudio de la red.