Arreglos de Barra de las Subestaciones Eléctricas

Los Arreglos de Barra de las Subestaciones Eléctricas varían dependiendo de la topología del sistema de potencia, del nivel de tensión, y de las exigencias de continuidad de servicio que se tenga en cada localidad.

Las barras son utilizadas, generalmente, para interconectar dos o más circuitos de un sistema de potencia. Estos circuitos pueden ser generadores, transformadores, líneas de transmisión, motores, entre otros.

Fallas en las Barras

Cuando ocurre una falla en una barra, el sistema queda ampliamente afectado debido al nivel de corriente de cortocircuito de la barra. También afecta a la cantidad de circuitos que deben abrirse para despejar la falla.

Por lo tanto, se suelen dividir las barras con un interruptor de enlace o se diseñan arreglos de barras complejos. Esto es para minimizar el número de circuitos que deben abrirse cuando ocurre una falla. De esta forma, se garantiza la continuidad del suministro eléctrico en lo demás circuitos de la barra.

Los interruptores que conforman los arreglos de barras de las subestaciones eléctricas, usualmente tienen seccionadores en cada lado. Estos seccionadores se operan sin carga, y sirven para aislar al interruptor del sistema después de alguna contingencia o por mantenimiento.

Las fallas en las barras no son comunes, pero son de las que proporcionan mayores pérdidas de servicio en el sistema de potencia. Estas fallas suelen ocurrir por las siguientes causas:

  • Contactos de animales.
  • Ruptura de aislamiento.
  • Fallas en los equipos involucrados.
  • Contaminación.
  • Por objetos llevados por el viento.

Por lo general, el tipo de protección que se utiliza en las barras es la Protección Diferencial (ANSI 87B). Esta función de protección proporciona la sensibilidad y rapidez requeridas para cortocircuitos entre fases y fallas a tierra.

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Tipos de Arreglos de Barra

A continuación, se describen los Arreglos de Barra de las Subestaciones Eléctricas más sencillos a utilizar. La complejidad del arreglo depende de la importancia que se les dé a los circuitos interconectados en la S/E.

1. Barra simple

El tipo de arreglo de Barra Simple es el diseño más básico y económico, usado particularmente en distribución y transmisión de media tensión. La protección diferencial de barra se proporciona a través de los Transformadores de Corriente (TC) conectados a los relés de protección. Los TCs deben ubicarse de forma adecuada para que la zona de protección encierre a la barra completamente. En la siguiente Figura se muestra el caso de cuatro (4) circuitos interconectados en una Barra Simple.

Arreglos de Barra de las Subestaciones Eléctricas (Barra Simple)
Arreglo de Barra Simple. Fuente: © Ing. Leiry Chinchilla.

La desventaja de este arreglo es que no proporciona flexibilidad operativa. Las fallas que ocurran en la barra provocarán que las protecciones abran todos los circuitos conectados. Además, el mantenimiento de los interruptores requiere que el circuito involucrado salga de servicio. Pero, se puede tomar la ventaja de programar el mantenimiento de todo ese circuito y su sistema de protección al mismo tiempo. Adicionalmente, se puede conectar un transformador de potencial (TP) en la barra para suplir la tensión a los equipos de protección de todos los circuitos.

2. Barra simple seccionada con interruptor de enlace

Este tipo de arreglo de barra es utilizado cuando hay gran número de circuitos interconectados. Se usa en Subestaciones Eléctricas Industriales, porque proporciona flexibilidad cuando la S/E es alimentada por dos fuentes separadas.

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Una fuente se conecta a cada barra y se permite la operación sin importar que el interruptor de enlace se encuentre abierto o cerrado. Tal como se muestra en la siguiente Figura, donde los circuitos 1 y 3 representan las fuentes de las barras A y B respectivamente. Si se pierde una fuente, todos los circuitos asociados se pueden alimentar por la otra fuente cuando se cierra el interruptor de enlace. En este caso, se aplican zonas de protección diferencial de barra por separado, una zona de protección para cada barra. LA zona de protección es delimitada a través de los TC utilizados por cada relé de protección. Si falla una barra, aún se permite el servicio de la S/E por medio de la otra barra.

Arreglo de Barra Simple Seccionada con Interruptor de Enlace
Arreglo de Barra Simple Seccionada con Interruptor de Enlace. Fuente: © Ing. Leiry Chinchilla.

3. Doble barra con interruptor de enlace

El arreglo de Doble Barra con Interruptor de Enlace proporciona alta flexibilidad para la operación del sistema. Consiste en dos barras paralelas con un interruptor de potencia para enlazarlas.

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Es decir, cualquier línea puede operar desde cualquier barra. Las barras pueden operar juntas (con el interruptor de enlace cerrado) como se muestra en la siguiente Figura. Ó pueden operar independientemente (con el interruptor de enlace abierto). En este caso, una barra puede usarse como barra de transferencia si un interruptor de línea sale de servicio. La desventaja de este arreglo es que se complica la distribución de las zonas de protección. Se requieren dos zonas diferenciales, una para cada barra.

Arreglo de Doble Barra con Interruptor de Enlace
Arreglo de Doble Barra con Interruptor de Enlace. Fuente: © Ing. Leiry Chinchilla.

En esta Figura se muestra que por medio de las posiciones de los seccionadores los circuitos 1 y 2 están conectados a la Barra 1. Mientras que, los circuitos 3 y 4 están conectados a la Barra 2. En caso de que la distribución de los circuitos en las barras cambie, cambiará la zona de protección diferencial de cada barra.

Si ocurre una falla en alguna barra, se requerirá el disparo de todos los circuitos conectados a la barra al mismo tiempo. Pero la otra barra no es afectada. Si la falla ocurre en el interruptor de enlace, se deben disparar las protecciones de ambas barras y de todos los circuitos.

Existen más tipos de arreglos de barra en las subestaciones eléctricas que suelen ser más complejas y que requieren un criterio de protección más robusto.

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