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Sistemas de transferencia

Los sistemas de distribución de energía cuentan con diferentes configuraciones en sus sistemas de transferencia, que les permiten operar de manera manual o automática. Dicha configuración suele depender de las necesidades de la carga, de su criticidad, de su importancia y de las demandas de continuidad que presente cada sitio

Por Daniel Martínez Escareño

Un requisito importante de los sistemas de distribución de energía eléctrica de misión crítica es la necesidad de que funcionen de manera automática. En particular, la transferencia rápida y fiable del sistema de una fuente de energía a otra durante ciertos eventos del sistema es fundamental para el logro de los objetivos de confiabilidad para dicho sistema y la instalación a la que sirve.

Sin embargo, el diseño de un sistema de transferencia automática es a menudo considerado “menos importante” que muchos otros aspectos del diseño de todo el conjunto del sistema eléctrico. Los resultados de considerarlo de tal manera pueden ser de gran alcance y, en algunos casos, catastróficos respecto de la fiabilidad del sistema.

El traslado de una fuente a otra es la práctica mediante la cual un bus de carga que comprende a la mayoría de los motores de inducción la transfiere a una fuente de energía alternativa en cualquier planta de energía o planta industrial cuando la fuente de alimentación normal falla o necesita ser disparada para asegurar la continuidad del funcionamiento de la planta.

Cualquier transferencia de una fuente a otra inadecuada e insegura puede causar graves daños a los motores, a sus cargas conectadas y a la continuidad del proceso. El servicio de transferencia, por tanto, tiene que ocurrir a una velocidad muy alta y de forma segura para no tener ningún impacto económico negativo en el funcionamiento de la planta. Los requisitos de transferencia varían según cada planta, de acuerdo con sus cargas conectadas y con sus prácticas de operación.

Los sistemas de transferencia automáticos deberán estar disponibles para minimizar la interrupción de energía mediante la transferencia de la carga de la fuente normal a una fuente alternativa cuando la fuente normal falla o no está disponible temporalmente. Las configuraciones de autobuses variarán de una planta a otra. Por su parte, los esquemas de transferencia pueden conciben de forma automática o manualmente.

Características generales
Hay muchas variaciones sobre este arreglo. En aplicaciones críticas de potencia, la variación más común es utilizar dos interruptores de circuito principales y un enlace de barra. De esta forma, se tienen los dos buses secundarios separados en dos piezas diferentes de equipo. Otra variación es la disposición principal a principal, que omite el interruptor de enlace de barras y simplemente tiene los dos buses secundarios conectados todo el tiempo. En esta disposición, una fuente de energía normalmente lleva toda la carga, mientras que el segundo bus es estrictamente una fuente de energía de reserva si falla la fuente normal. De esta manera, la disposición principal a principal es análoga a un interruptor de transferencia automática (ATS).

Un sistema auxiliar de estación típica es, por ejemplo, el que se emplea en una estación térmica de generación de energía. Este tipo de configuración también se conoce como configuración del bus principal a principal.

La fuente normal (FN) alimenta el motor a través del bus interruptor principal 1 de la fuente normal (IP1), mientras que la fuente alterna (FA) alimenta el motor a través del bus interruptor principal de la fuente alterna (IP2). Esta transferencia se puede hacer manual o automáticamente. Las transferencias manuales se hacen durante la creación de empresas y durante las paradas programadas.

No obstante, se prefiere el Esquema de Transferencia de Automática de Bus (ETAB), ya que mantiene el tiempo muerto de los motores en un rango mínimo. Se le denomina tiempo muerto al tiempo que el motor está en la condición de desactivado. Este tipo de transferencia también se conoce como transferencia de estación a unidad en centrales térmicas.

Figura 1. Configuración Principal-Enlace-Principal

Una configuración de bus típico utilizada en plantas de proceso, como aquéllas que operan en la industria química, del petróleo, de fabricación de papel y de laminación de acero, es en la que existen dos fuentes (F1 y F2) y cada una alimenta a sus respectivas cargas de motores. Ambas fuentes están vinculadas por medio de un interruptor de enlace (IE), que es normalmente abierto (NA).

La Fuente 1 está conectada a su carga de motores a través de un transformador de la estación (FT1) y el interruptor principal de la estación (IP1); de manera similar, la Fuente 2 está conectada a su carga de motores a través de un transformador de la estación (FT2) y el interruptor principal de la estación (IP2).

En función de los diferentes escenarios de operación, es posible cambiar la posición del enlace. El funcionamiento normal se realiza manteniendo abierto el enlace, con lo que cada fuente alimenta a sus respectivas cargas. Bajo condición de emergencia, que podría deberse a un fallo en el FT1 o en la Acometida F1, las cargas se transfieren a la otra fuente mediante el cierre del interruptor de IE e IP1 de apertura y viceversa.

En las plantas de proceso, además, se suelen utilizarse ambos esquemas de transferencia: manual y automática. Los esquemas de transferencia manual se emplean durante las puestas en marcha y paradas planificadas del proceso. La transferencia de bus se puede realizar de dos formas: transición abierta o transición cerrada.

Configuración Principal-PrincipalOperación de transferencia “Principal-Enlace-Principal”
En la configuración Principal-Enlace-Principal, el tablero de distribución contiene dos interruptores principales de servicios generales, IP1 e IP2, y un desempate IE. En condiciones normales, el sistema de transferencia automática está diseñado para alimentar los buses de una fuente o de fuentes preferentes.

Cuando una o más de las fuentes preferentes se vuelven inestables, el sistema de transferencia automática reaccionará de acuerdo con las protecciones activadas. Si la fuente inestable es F1, el sistema de transferencia abrirá el IP1 afectado y el IE se cerrará en una secuencia que vuelve a dirigir el sistema para ser alimentado por una de las fuentes estables (IP2). Una vez que la fuente se haya recuperado, el sistema de transferencia volverá a abrir el IE y a cerrar el IP1, reestableciendo el sistema a su estado original.

Operación de transferencia “Principal-Principal”
Para sistemas principal a principal, los modos de operación respecto de los enclavamientos de protección, la interfaz de usuario, el poder de control y el inicio del modo automático siguen las mismas pautas que en los sistemas Principal-Enlace-Principal, pero sin ningún tipo de funcionalidad en el enlace.

Debido a esto, en la secuencia de funcionamiento se tiene que establecer una fuente preferente, que puede ser la fuente A o la fuente B. La pérdida de la fuente preferente hará que el interruptor principal IP1 abra, seguido del cierre del Interruptor Principal IP2 de la fuente alterna. Después de que se da la recuperación de la fuente preferente, se pueden reestablecer las condiciones de forma manual o automática, en lo que se denomina Re-Transferencia. La operación de transición cerrada es permisible si lo requiere el diseño del cliente.

Principal-Enlace-PrincipalModos de operación
Un requisito esencial de cualquier sistema de transferencia automática es la capacidad de tener diferentes modos de funcionamiento. En un determinado modo de funcionamiento, el sistema de transferencia responderá de una manera dada a las condiciones del sistema cambiante. Dos modos básicos de funcionamiento en cualquier sistema de transferencia automática son:

  • Modo manual. En el modo manual, el sistema de transferencia no realiza ninguna operación de forma automática. Todas las operaciones de cierre del interruptor de IP1, IE e IP2 son a través de control manual (ya sean selectores, cableados o interruptores de control situados en los relés de protección). El disparo puede ser a través de relés de protección, PLC o los selectores de control de los interruptores. Bajo control manual, no se permite poner en paralelo dos fuentes, mientras que en control automático poner en paralelo dos fuentes sí constituye una opción.
  • figura 4.Modo automático. En modo automático, todas las operaciones de cierre de los interruptores de IP1, IE e IP2 son a través del sistema de transferencia automática. El disparo a través del interruptor de control o de los relés de protección hará que el sistema entre en condición de “fallo del modo automático”. La operación de transición cerrada (momentáneamente en paralelo de las fuentes) puede permitirse en modo automático si la opción se solicita en el diseño del sistema bajo condiciones de sincronismo.

Integración de un sistema de transferencia
La integración de un sistema de transferencia se deberá principalmente al proceso y a la relevancia que tengan las cargas conectadas. Si la interrupción del proceso genera alguna cuestión de seguridad, se vuelve indispensable contar con un sistema de respaldo, en el cual se puede adaptar un sistema de transferencia.

Un tema adicional es considerar por parte del cliente las interrupciones no programadas y lo que generan. Los cortes del sistema eléctrico o las fallas eléctricas se convierten en pérdidas para los negocios con procesos críticos; por ejemplos, puede derivar en pérdida de servicios, pérdida de producción, paradas peligrosas, re-arranques con energía cuando no es pertinente (es decir en horas de mucha demanda de energía), tiempos muertos, ser una fuente en cadenas de suministros de otros productos, etcétera. La implementación de un sistema de transferencia proporciona una alta disponibilidad de las instalaciones, teniendo procesos más eficientes y más seguros.

La continuidad del servicio en las cargas direccionadas a procesos de relevante importancia se ha vuelto un principio de operación muy solicitado, no sólo en la industria sino en hospitales, centros comerciales, estaciones de bombeo, auditorios, instituciones, entre otros sitios. Este denominado sistema de transferencia permite tener una adecuada gestión de la energía, que puede ser directamente establecida desde la base del diseño para implementar una solución sustentada principalmente en la seguridad.

Daniel Martínez Escareño
Estudió Ingeniería Eléctrica en la Universidad Autónoma de Zacatecas. Ha sido ingeniero de Diseño Eléctrico, ingeniero de Aplicaciones, líder de Ingeniería de Aplicaciones, ingeniero de Proyectos Eléctricos e ingeniero de Mercado de Producto. Cuenta con siete años de experiencia la división de Sistemas de Baja Tensión de ABB México.

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