Esquema de Barras de una Subestación Eléctrica

La configuración de una subestación eléctrica, básicamente consiste en la distribución de los equipos primarios en un orden especifico, dependiendo de las funciones que estos vayan a realizar.

La configuración de barras que se adopte en la subestación, determinará en gran medida el costo de la instalación. De esta configuración dependen la cantidad de equipos que se utilizarán en el proyecto.

Los criterios utilizados a la hora de seleccionar la configuración de las barras de una subestación eléctrica, son los siguientes:

• Continuidad y Confiabilidad del Servicio
• Versatilidad de Operación
• Facilidad de Mantenimiento de los Equipos
• Cantidad y Costo del Equipamiento Eléctrico

De está manera, se selecciona la configuración apropiada, en base a los aspectos técnicos-económicos relativos al proyecto.
También es importante considerar el tipo de subestación de nuestro proyecto, ya que esto puede tener un gran impacto económico. No es lo mismo, por ejemplo,
considerar que la subestación será del tipo AIS o GIS. Para más detalles, puedes revisar los tipos de subestaciones en este articulo siguiendo el siguiente link.

En base a lo dicho, podemos entonces describir los esquemas de barras más usados.

Esquema de Barra Simple

Como su nombre lo indica, es la configuración más simple que puede tener una subestación eléctrica. Además, es la más económica, pero a su vez la menos segura. Esta configuración no se utiliza para subestaciones eléctricas de gran envergadura. Esto último se debe a que la dependencia de una única barra en la subestación puede causar una prolongada interrupción del servicio, de todos los puntos de conexión a la barra, en caso de existir una falla en la barra misma o por efecto de una falla de interruptor.

En caso de necesitar realizar algún trabajo de mantenimiento, o bien, en un proyecto de ampliación de la subestación, es necesario desenergizar la subestación eléctrica completamente.

Principales ventajas de un esquema de barra simple:

1. Instalación Simple
2. Maniobras simples
3. Bajo costo

Principales desventajas de un esquema de barra simple:

1. Una falla en la barra o en alguno de sus interruptores principales, tiene como resultado, la necesidad de interrumpir el servicio eléctrico en toda la subestación.
2. Para realizar la mantención de un interruptor, se debe interrumpir el servicio completamente del consumo asociado al equipo.
3. Es imposible realizar una ampliación de la subestación, sin tener que interrumpir el servicio completamente.

En la siguiente imagen se representa de forma unilineal, el esquema de una barra simple en una subestación eléctrica.

Esquema de barra simple con barra de transferencia

Básicamente es una barra simple, como vimos en el caso anterior, pero además existe una barra llamada de “transferencia” que posee un interruptor de transferencia. Esta barra de transferencia permite que los circuitos conectados a la barra principal, puedan conectarse a esta misma (a la barra principal) a través de la barra de transferencia y el interruptor de transferencia. De este modo podemos aislar el interruptor principal que se conecta directamente a la barra principal para el mantenimiento, sin necesidad de interrumpir el servicio del consumo asociado al circuito.

Principales ventajas de una barra simple con barra de transferencia:

1. Bajo costo
2. Cualquier interruptor principal puede ser aislado para mantenimiento.

Principales desventajas de una barra simple con barra de transferencia:

1. Requiere de un interruptor adicional (interruptor de transferencia), para el enlace entre las barras
2. Una falla en un interruptor o cualquiera de las barras, deja fuera de servicio a toda la subestación.

Esquema de barra simple seccionada o barra seccionada

Este esquema consta de una barra seccionada por medio de un interruptor. O de otra forma, son dos barras simples conectadas por un interruptor central.

Esta configuración entrega un poco más de flexibilidad, ya que en el caso de tener una falla en un interruptor o en una de las secciones de la barra, es posible, interrumpir el servicio en la barra afectada, permitiendo así la continuidad de los otros circuitos conectados a la otra barra. De esta manera se puede aislar la falla no afectando a la subestación completamente.

Principales ventajas de un esquema de barra simple seccionada:

1. Mayor continuidad de servicio
2. Mayor flexibilidad en maniobras de mantención
3. En caso de falla en una barra, solo una parte del consumo pierde en suministro eléctrico.

Principales desventajas de un esquema de barra simple seccionada:

1. No se puede transferir la línea de una barra a otra.
2. La mantención de un interruptor, deja fuera de servicio a la línea respectiva a este.
3. El esquema de protecciones es más complejo que el de barra simple.

Esquema de barra seccionada con barra de transferencia

Así como vimos en el caso anterior, la barra seccionada con barra de transferencia, incorpora además una barra de transferencia, como su nombre lo indica, permitiendo mayor flexibilidad de los equipos eléctricos de la subestación.

Al existir una barra de transferencia, en este esquema de barra, es posible realizar mantenimientos a los interruptores principales sin necesidad de interrumpir el servicio, además permite que uno de los circuitos de cualquiera de las dos barras (barra seccionada) pueda ser transferido a la otra barra, permitiendo así flexibilidad de operación.

Principales ventajas de un esquema de barra seccionada con barra de transferencia:

1. Mayor continuidad de servicio.
2. Mayor flexibilidad en maniobras de mantención.
3. En caso de falla en una barra, solo una parte del consumo pierde en suministro eléctrico.
4. Permite la mantención de cualquiera de sus interruptores principales, de cualquiera de las dos secciones de barra.

Principales desventajas de un esquema de barra seccionada con barra de transferencia:

1. Solo es posible transferir un circuito de una barra a otra.
2. Es más costoso ya que se agrega una barra y un interruptor de transferencia.
3. El esquema de protecciones es más complejo.

Esquema de doble barra

Este esquema consiste básicamente de dos barras simples conectadas por medio de un interruptor central, pero a diferencia de la barra simple seccionada, aquí la instalación de una línea, tiene la capacidad de conectarse a ambas barras. Es uno de los esquemas más utilizados en subestaciones eléctricas que contienen gran cantidad de circuitos pasando una gran cantidad de potencia a través de ellas.

Las instalaciones de línea poseen desconectadores exclusivos para conectarse a cada una de las barras, permitiendo así que el circuito tenga flexibilidad de conexión.

El interruptor central, el cual conecta-secciona las dos barras, permite que los circuitos puedan ser traspasados de una barra a otra bajo carga, permitiendo y garantizando así, la continuidad de los servicios.

Principales ventajas de un esquema de doble barra:

1. Cualquiera de las barras puede ser asilada para mantención sin necesidad de interrumpir el servicio de los circuitos conectados.
2. Mayor flexibilidad con dos barras de operación.
3. Un circuito puede ser fácilmente transferido de barra por medio del interruptor seccionador de barra y de los desconectadores selectores de barra.

Principales desventajas de un esquema de doble barra:

1. Se requiere de un interruptor extra para el enlace de barras
2. Se requiere de un desconectador adicional por circuito para conectarse a las barras.
3. El esquema de protección de barra puede ocasionar pérdida de subestación cuando opere, si todos los circuitos se conectan a esa barra.
4. Existe una alta exposición a fallas de barra.
5. Una falla de un interruptor principal deja fuera de servicio a todos los circuitos conectados a esa barra.
6. Una falla en el interruptor seccionador- acoplador de barras, deja fuera de servicio a toda la subestación.

Esquema de doble barra con barra de transferencia

Este esquema agrega mayor flexibilidad a ya mencionada (esquema de doble barra), ya que, si bien es posible conectarse a cualquiera de las dos barras por sus desconectadores selectores de barra, además, es posible aislar los interruptores principales para mantenimiento, por medio del circuito de transferencia.

Principales ventajas de un esquema de doble barra con barra de transferencia:

1. Cualquiera de las barras puede ser asilada para mantención sin necesidad de interrumpir el servicio de los circuitos conectados.
2. Mayor flexibilidad con dos barras de operación.
3. Un circuito puede ser fácilmente transferido de barra por medio del interruptor seccionador de barra y de los desconectadores selectores de barra.
4. Un interruptor principal puedo ser asilado por la barra de transferencia y el interruptor de transferencia, permitiendo así la mantenibilidad.

Principales desventajas de un esquema de doble barra con barra de transferencia:

1. Se requiere de un interruptor extra para la transferencia del circuito.
2. Se requiere de un desconectador adicional por circuito para conectarse a la barra de transferencia.
3. El esquema de protección de barra puede ocasionar pérdida de subestación cuando opere, si todos los circuitos se conectan a esa barra.
4. Existe una alta exposición a fallas de barra.
5. Una falla de un interruptor de transferencia y/o principal deja fuera de servicio a todos los circuitos conectados a esa barra.
6. Una falla en el interruptor seccionador- acoplador de barras, deja fuera de servicio a toda la subestación.

Esquema de doble barra con doble interruptor

Este esquema es más completo, mucho más flexible, de mayor confiabilidad y pero también es más costoso.  Se aplica en subestaciones de gran potencia en las cuales el requisito fundamental es la continuidad de servicio.

Este esquema requiere de doble barra, doble interruptor para cada circuito alimentador y no requiere de un interruptor de acoplamiento de barras.  Normalmente cada circuito está conectado a ambas barras. En algunos casos, la mitad de los circuitos podría operar en cada falla; para estos casos, la falla de la barra o del interruptor podría ocasionar la pérdida de la mitad de los circuitos.

La ubicación de las barras principales debe ser tal que evite que las fallas se extiendan a ambas barras.  El uso de dos interruptores por circuito hace costoso este esquema, pero representa un alto nivel de confiabilidad cuando todos los circuitos se encuentran conectados para operar en ambas barras.

Principales ventajas:

1. Cada circuito tiene dos interruptores para su uso exclusivo.
2. Posee gran flexibilidad al permitir que circuitos alimentadores se conecten a cualquier barra.
3. Cualquier interruptor puede ser retirado del servicio para mantención.
4. Alta confiabilidad.

Principales desventajas:

1. Es más costoso.
2. Perdería la mitad de los circuitos por falla del interruptor, si aquellos no se conectan a ambas barras.

Esquema de interruptor y medio

Este es uno de los esquemas más utilizados en la actualidad y en especial en subestaciones en donde se requiere un alto grado de confiabilidad de servicio.

Se compone de dos circuitos que convergen en una instalación de 3 interruptores, vale decir, un interruptor y medio por cada circuito, de ahí el nombre de su esquema.

En su funcionamiento normal, todos los interruptores están cerrados, con ambas barras energizadas. Para desconectar un circuito convergente, hay que abrir los dos interruptores adyacentes.

Este sistema combina la seguridad y facilidades de puenteo de un sistema en malla con la flexibilidad de la doble barra, permitiendo obviar el uso de un interruptor de acoplamiento entre ambas barras.

Para cubrir todas las situaciones de desconexión, los interruptores deben ser capaces de manejar corrientes combinadas de las cargas de dos circuitos.

Si se presenta una falla, en el interruptor central, salen de servicio los dos circuitos, porque abren los interruptores de barra. Si en cambio falla un interruptor en barra, sale de servicio esa barra (abren todos los interruptores adyacentes a esa barra), pero permanecen en servicio los circuitos convergentes.

El servicio de mantenimiento sobre cualquiera de los interruptores puede hacerse sin producir interrupción del servicio y sin alterar los automatismos de protección.

Por su alta seguridad, este esquema se recomienda en subestaciones elevadoras asociadas a generación y transmisión, en general, a aquellas que manejan grandes cantidades de potencia sobre circuitos individuales, como se puede ver en instalaciones de 500 kV o superior, aunque, se usa ampliamente en circuitos por sobre los 220 kV.

El esquema presenta una buena seguridad en barras y en interruptores.

Principales ventajas:

1. Operación más flexible.
2. Alta confiabilidad.
3. La falla del interruptor del lado de la barra deja fuera de servicio a un solo circuito.
4. Todo el traspaso se realiza con interruptores.
5. Operación sencilla, no se requieren desconectadores para la operación normal.
6. Cualquier barra principal puede ser sacada de servicio, en cualquier momento, para mantenimiento.
7. La falla de la barra no saca de servicio a ningún circuito alimentador. Posee gran flexibilidad al permitir que circuitos alimentadores se conecten a cualquier barra.
8. Cualquier interruptor puede ser retirado del servicio para mantención.

Principales desventajas:

1. Alto costo de implementación.
2. Se requiere de un interruptor y medio por circuito.
3. Los relés de protección y la reconexión automática intervienen un poco, dado que el interruptor central debe responder a cualquiera de sus circuitos asociados.