El sistema de corriente continua de una subestación es la fuente que mantiene vivas las protecciones, los mandos de los interruptores y las comunicaciones cuando falla la corriente alterna. Su arquitectura crece con el nivel de tensión: un solo banco en subestaciones pequeñas y dos sistemas independientes, A y B, en alta y extra alta tensión, para que una sola falla no deje la subestación sin disparo.
Qué es y dónde está
El sistema de corriente continua es la fuente de energía de todo lo que protege y controla la subestación: relés, controladores de bahía, bobinas de cierre y disparo, motores de carga de resortes, RTU, equipos de teleprotección y comunicaciones. Su trabajo es seguir disponible cuando falla la red de corriente alterna, que es justo cuando una protección tiene que actuar.
Ocupa un lugar fijo en la cadena de servicios auxiliares: los servicios auxiliares de corriente alterna alimentan los cargadores; los cargadores alimentan las cargas y mantienen las baterías en flotación; y un tablero de distribución reparte la energía hacia las bahías. Aquí nos centramos en cómo se arma el sistema completo según el nivel de tensión y la criticidad de la instalación; la comparación con la corriente alterna está en servicios auxiliares por nivel de tensión.
Sus partes y cómo trabajan juntas
- Cargador-rectificador. En operación normal entrega toda la corriente de las cargas permanentes y mantiene la batería a tensión de flotación. Su detalle está en el artículo del cargador-rectificador de baterías.
- Banco de baterías. Asume las cargas sin interrupción cuando el cargador deja de entregar energía, y aporta las corrientes de pico que el cargador no da, como las de las bobinas y los motores. Las tecnologías se comparan en baterías de plomo-ácido y níquel-cadmio.
- Tablero de distribución. Interruptores o fusibles por circuito, medida y alarmas. Es donde se decide la selectividad y la separación entre sistemas.
- Supervisión del aislamiento. El sistema suele operar aislado de tierra, con un monitor que alarma la primera falla a tierra; vea detección de fallas a tierra en corriente continua.
- Convertidores e inversores, cuando hay cargas de 48 V o de corriente alterna que no pueden interrumpirse.
- Ventilación del cuarto de baterías, cuando el tipo de batería libera hidrógeno.
En operación normal el cargador alimenta todas las cargas y mantiene la batería a tensión de flotación, que compensa su autodescarga. Cuando falla la alimentación alterna o el cargador, la batería asume las cargas sin interrupción; al volver la alimentación, el cargador la recarga y atiende de nuevo las cargas.
Tipos de batería, en una línea cada uno. La plomo-ácido ventilada tiene larga vida y es fácil de inspeccionar, pero exige reposición de agua, medición de densidad y cuarto ventilado. La plomo-ácido regulada por válvula (VRLA) no necesita agua y es más compacta, pero es más sensible a la temperatura. La níquel-cadmio tolera mejor temperaturas extremas y descargas profundas, con otra tensión por celda y otra forma de carga. El litio aparece en aplicaciones nuevas, sujeto a la especificación del propietario y del fabricante. La comparación completa está en baterías de plomo-ácido y níquel-cadmio.
Cómo cambia según el nivel de tensión
Subestaciones compactas de media y baja tensión. En una subestación compacta de media tensión o en una celda industrial, el sistema puede ser un cargador pequeño con su batería dentro de un gabinete, a veces a 24 V o 48 V. En instalaciones muy sencillas se encuentran relés autoalimentados: toman su energía de los propios transformadores de corriente (CT) y disparan descargando un condensador sobre una bobina de disparo de baja energía. Su alcance es limitado y deben revisarse caso a caso.
Alta tensión. Lo habitual es un sistema de 125 V o 110 V con uno o dos cargadores y un banco, y un tablero con circuitos por bahía. Es frecuente especificar dos cargadores, aunque haya un solo banco, por redundancia y para poder reparar uno sin dejar la batería sin carga.
Extra alta tensión. Aquí se duplican los sistemas: dos bancos, dos juegos de cargadores y dos tableros, llamados A y B (o 1 y 2). Una publicación del Comité de Relés del IEEE (PSRC) sobre circuitos de disparo recomienda alimentar las dos protecciones de una línea y las dos bobinas de disparo del interruptor desde fuentes de corriente continua separadas, y considerar baterías separadas en subestaciones críticas. Algunos operadores de red lo exigen: cada uno de los dos sistemas de protección debe tener su alimentación de corriente continua protegida de forma independiente y su propio circuito de disparo, incluida la bobina. Es la aplicación directa de las protecciones principales y de respaldo. En redes de transmisión europeas también se encuentran sistemas de 220 V.
Plantas solares e industria. La subestación de conexión de una planta solar sigue la lógica de alta tensión. Dentro de la planta y en la industria aparecen además sistemas de 24 V para control y UPS de corriente alterna para servidores, controladores de planta y sistemas SCADA.
Criterios de dimensionamiento
La batería se calcula para un ciclo de trabajo: cargas que duran todo el periodo (relés, controladores, comunicaciones, alumbrado de emergencia), cargas de duración intermedia y cargas momentáneas (bobinas de disparo y cierre, motores de resortes). IEEE 485 describe el método para plomo-ácido e IEEE 1115 para níquel-cadmio; ambos corrigen por temperatura, envejecimiento y margen de diseño. IEEE 485 deja expresamente fuera el diseño del sistema y el dimensionamiento del cargador, que sí trata IEEE 946; el diseño del propio cargador lo cubre IEEE 2405.
El cargador se dimensiona para alimentar las cargas permanentes y, a la vez, recargar la batería en el tiempo que fije el propietario. La autonomía, en horas, no tiene un valor universal: depende de cuánto puede tardar en volver la corriente alterna o en llegar personal al sitio.
Otros datos que conviene fijar desde la ingeniería: la tensión nominal y su ventana de variación (de la tensión final de descarga a la tensión de igualación), la caída de tensión hasta la bobina más lejana y la corriente de cortocircuito de la batería, que define la capacidad de interrupción de los interruptores del tablero.
Conexión con protección, control y alarmas
Cada relé supervisa su propia fuente y, normalmente, la continuidad del circuito de disparo. El cargador, el monitor de aislamiento y el tablero envían sus alarmas por contactos al controlador de bahía o a la RTU, o por comunicación: falla de red al cargador, falla del cargador, tensión alta y baja, falla a tierra y disparo de interruptores del tablero. IEC 61850-7-4 incluye nodos lógicos para la red auxiliar (ZAXN) y la batería (ZBAT), además del manejo de alarmas (CALH), aunque cada fabricante decide qué publica.
Pruebas en la puesta en servicio y el mantenimiento
Cada prueba responde una pregunta concreta sobre la disponibilidad del sistema:
| Prueba | Qué detecta o confirma |
|---|---|
| Inspección del banco | Nivel de electrolito, fugas, corrosión, bastidores y ventilación |
| Tensión de flotación total y por celda | Celdas que se apartan del resto, flotación mal ajustada |
| Densidad del electrolito (plomo-ácido ventilada) | Estado de carga de cada celda |
| Medición óhmica interna (impedancia, conductancia o resistencia) | Tendencia de cada celda, sobre todo en VRLA (IEEE 1188) |
| Resistencia de conexiones y termografía | Uniones flojas o corroídas que calientan |
| Prueba de capacidad | La autonomía real: es la única prueba que la confirma |
| Cargador | Regulación de flotación e igualación, rizado, limitación de corriente y alarmas |
| Separación A/B y polaridad | Que cada circuito venga del sistema que dice el plano |
| Monitor de aislamiento | Que alarma con una falla a tierra simulada |
| Selectividad del tablero | Que una falla en un circuito no saque el alimentador general |
Las rutinas de batería siguen IEEE 450 (plomo-ácido ventilada), IEEE 1188 (VRLA) o IEEE 1106 (níquel-cadmio ventilada). Esas guías piden una prueba de aceptación y pruebas de desempeño periódicas, más frecuentes cuando la batería envejece o pierde capacidad; la periodicidad exacta la fija el propietario.
Fallas comunes y qué revisar primero
- Disparo indeseado o bloqueo sin causa clara: revise el monitor de aislamiento. Dos fallas a tierra en puntos distintos pueden energizar una entrada o una bobina.
- Tensión baja en el tablero: confirme si el cargador está en falla o en limitación de corriente, y si la corriente alterna llega.
- Cargador averiado sin alarma: la batería se descarga sin que nadie lo note; por eso se prueban las alarmas.
- Alarmas que aparecen al maniobrar: caída de tensión excesiva en cables largos o conexiones flojas.
- Pérdida de una protección al abrir un interruptor del tablero: cargas mezcladas entre los sistemas A y B.
- Celdas sulfatadas por subcarga o flotación mal ajustada, y secado o embalamiento térmico en VRLA con temperatura alta o flotación excesiva.
- Rizado alto del cargador, que afecta a los equipos electrónicos.
Le acompañamos con su sistema de corriente continua
Nuestro equipo verifica y pone en servicio sistemas de corriente continua en subestaciones, industria y plantas solares, desde la separación A/B hasta la prueba de capacidad del banco (puesta en servicio). Si una alarma de corriente continua está haciendo actuar un relé y necesita revisar su lógica o sus ajustes, también lo hacemos con configuración remota de relés.
Guías relacionadas
- Cargador-rectificador de baterías
- Baterías de plomo-ácido y níquel-cadmio
- Prueba de capacidad de baterías
- Tablero de distribución de corriente continua
- Detección de fallas a tierra en corriente continua
- Servicios auxiliares por nivel de tensión
- Protecciones principales y de respaldo
- Interruptor de potencia
Referencias
- IEEE 946, diseño de sistemas de corriente continua para aplicaciones estacionarias.
- IEEE 1818, guía de diseño de sistemas auxiliares de baja tensión para subestaciones.
- IEEE 2405, diseño de cargadores para aplicaciones de baterías estacionarias.
- IEEE 485, dimensionamiento de baterías de plomo-ácido para aplicaciones estacionarias.
- IEEE 1115, dimensionamiento de baterías de níquel-cadmio para aplicaciones estacionarias.
- IEEE 450, IEEE 1188 e IEEE 1106, mantenimiento y pruebas de baterías estacionarias.
- IEEE Power System Relaying Committee, «Relay Trip Circuit Design», publicación especial.
- IEC 61850-7-4, nodos lógicos compatibles.
Preguntas frecuentes
¿Por qué las subestaciones de extra alta tensión tienen dos sistemas de corriente continua?
Para que una sola falla en la corriente continua no deje sin protección un elemento. Cada sistema alimenta una protección principal y una bobina de disparo de cada interruptor, de modo que si se pierde uno, el otro todavía puede despejar la falla.
¿Qué tensión de corriente continua se usa en subestaciones?
Las más comunes son 125 V y 110 V para protección y control, con 220 V en algunas redes de transmisión y 48 V para comunicaciones. La define el propietario, y todos los relés, bobinas y entradas binarias deben estar especificados para esa tensión y su rango de variación.
¿Cuántas horas de autonomía debe tener el banco de baterías de una subestación?
No hay un valor universal. La fija el propietario o el operador de red según el tiempo que puede tardar en restablecerse la corriente alterna o en llegar personal al sitio. Con ese tiempo y el ciclo de trabajo se dimensiona la batería según IEEE 485 o IEEE 1115.