Una serie de consideraciones normativas, técnicas y de condiciones ambientales, además de criterios generales, elaboró el Coordinador Eléctrico Nacional para indicar los principales criterios de diseño de los sistemas de control, protecciones y medida para subestaciones y línea de transmisión en instalaciones con una tensión superior de 200 kV del sistema eléctrico local.

Este documento fue desarrollado en 2018 por el Departamento de Ingeniería y Diseño de la Gerencia de Ingeniería y Proyectos del organismo coordinador y actualizado en 2019, con el objetivo de disponer de bases de diseño para licitaciones de obras de los planes anuales de expansión que licita el Coordinador Eléctrico y que también pueden servir como orientación a los desarrolladores de proyectos para “proteger adecuadamente las instalaciones ante la presencia de fallas y de maniobras en la operación”, así como disponer de medidas necesarias para la operación del sistema.

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Protecciones

Dentro de los puntos más relevantes del documento está la necesidad de que el diseño de los sistemas de control, protecciones y medida contemple las condiciones ambientales en que operan las instalaciones eléctricas, justificado mediante un estudio en que se indiquen datos como la temperatura ambiente máxima y mínima, la temperatura promedio, la humedad relativa del aire, la altura sobre el nivel del mar y el nivel de contaminación, en milímetros por kV, este último de acuerdo con la norma de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC en inglés).

El documento destaca la relevancia clave que tienen los sistemas de protecciones debido a la función que cumplen “para aislar las fallas y disminuir la duración de las corrientes de falla a que se ven sometidos los equipos eléctricos, por lo que se plantea la necesidad de disponer de adecuados equipos de interrupción (interruptores), transformadores de medida y sistemas de control”.

“Además, con el fin de analizar los eventos y fallas en el sistema eléctrico se debe contar de sistemas de medidas, las variables a medir, como mínimo son: tensión, corriente, potencia activa, potencia reactiva, frecuencia y armónicos. Las señales mínimas por registrar son las indicadas en el Artículo 17 del Anexo Técnico “Sistema de Monitoreo”, indica el estudio del Coordinador Eléctrico. Del mismo modo, se recuerda que el diseño de los sistemas de control, protecciones y medida “deben basarse sobre tecnologías numéricas y de producción normal, contemplando los siguientes aspectos funcionales, como numéricas de última generación; multifunción y con capacidad de programar funciones de protecciones y control; conexión de fibra óptica; registro oscilográfico de fallas y registro de eventos, y la conexión sincronización horaria”.

Criterios Generales

Según el documento, para el diseño de los sistemas de control, protección y medida se debe considerar como mínimo estos aspectos:

  • Analizar la configuración eléctrica de la subestación, teniendo en consideración el tipo de esquema de barras (barra doble, barra doble con transferencia, interruptor uno y medio, etc.), el sistema de transformación (transformadores, autotransformadores, banco de transformadores monofásicos), equipos de compensación de reactivos en paralelo (banco de condensadores, reactores, SVC, FACT, etc.), equipos de compensación de reactivos en serie (compensación capacitiva), líneas de transmisión.
  • Realizar estudios de flujo de potencia de la subestación, y después analizar el flujo de la corriente por cada uno de los equipos. Conocido la corriente circulante y la capacidad nominal del equipo, se define la corriente primaria de los transformadores de corriente.
  • Realizar los estudios de cortocircuito, considerando fallas en distintos puntos de la subestación. Los tipos de fallas a analizar son las indicadas en el Anexo Técnico: Cálculo de Nivel Máximo de Cortocircuito. Para cada una de las fallas realizadas se debe analizar el flujo de la corriente de fallas en cada uno de los equipos de la subestación. Con los niveles de cortocircuito obtenidos se define el nivel de saturación de los transformadores de corriente. La saturación del transformador de corriente puede producir una falsa operación de la protección.
  • Analizar la presencia de sobretensiones en la subestación, debido a la conexión o desconexión de algún elemento. Como resultado del análisis, se debe definir las protecciones de sobretensión.
  • Con los niveles de tensión y corriente de los estudios de cortocircuito, se procede a definir los ajustes de las distintas funciones de protecciones que conforman los sistemas de protecciones. Aquí es importante definir los alcances y sus traslapes con las protecciones adyacentes a la subestación.
  • Durante la definición de las protecciones, se deben considerar que protección hace además la función de respaldo de otra protección en la subestación y línea. De acuerdo con lo indicado en Artículo 3-23 de la NT (Norma Técnica).
  • Para evitar sobretensiones en el sistema se deberá conocer la topología de la subestación, los equipos conectados en las barras y verificar si la salida del servicio de algún equipo podría producir una sobretensión.
  • En la etapa de ingeniería de detalle del proyecto, con la protección definida a utilizar, se debe analizar el comportamiento de cada una de las funciones de protección del relé ante la presencia de una falla, esto viene indicado en los manuales de los relés de protección, debido a que cada protección tiene su propio algoritmo de modelación.
  • Durante el desarrollo del proyecto, se debe definir las condiciones para realizar las maniobras de cierre y apertura de interruptores y desconectadores, con sus respectivas lógicas de enclavamientos para los distintos estados de operación de la subestación. Así tenemos en una línea de transmisión, la secuencia de posición de desconectadores e interruptor para energizar la línea. Todas estas secuencias de posición de los equipos se describen en el equipo controlador de paño.

  • En los paños de una subestación se requiere realizar medición de las variables eléctricas. Con las variables medidas, se puede analizar el comportamiento de los flujos de corriente, potencia activa y reactiva. Además, el equipo de medida permite realizar análisis de manera fasorial, valores eficaces, valores instantáneos y armónicos de tensión y corriente.
  • Se deben instalar equipos de medidas en los paños de línea, paño de transformación (lado primario, secundario y terciario si corresponde) y en los servicios auxiliares de la subestación. Estos equipos son requeridos por el Coordinador Eléctrico, y deben cumplir a lo menos con lo establecido en la Norma Técnica (NT).
  • La definición de las protecciones contra falla de interruptor en los sistemas de transmisión debe cumplir con lo indicado en el artículo 3-23 de la NT.