SLD de Subestación: Lo Que Muestra

Un diagrama unifilar es, sin duda, el dibujo más esencial pero también el más frecuentemente ignorado en una subestación. Aunque no funciona como un diagrama de construcción y no está dibujado a escala, oculta convenientemente dos de las tres fases. No obstante, cada estudio de cortocircuito, cada ajuste de protección, cada registro de equipos de conmutación y cada etiqueta de Arco Eléctrico se remonta al diagrama unifilar. Cualquier error o retraso en su actualización conduce a errores subsiguientes en todos los demás documentos relacionados.

El diagrama unifilar es, de hecho, el dibujo más importante pero a menudo descuidado en una subestación. No es un diagrama de construcción ni está producido a escala, sin embargo, oculta fácilmente dos tercios de las fases. A pesar de este hecho, cada estudio de cortocircuito, ajuste de protección, registro de equipos de conmutación y etiqueta de Arco Eléctrico se puede rastrear hasta el diagrama unifilar. Cualquier error y omisión relacionado con la actualización puede resultar en errores en todos los documentos relacionados también.

Qué es un SLD y qué no es

Un diagrama unifilar, también conocido como SLD, es un diagrama en el que los sistemas de energía trifásica se representan mediante una línea para cada conexión de energía eléctrica. Debido a que las máquinas eléctricas se construyen de la misma manera para dos fases, pueden usar una configuración no solo para una fase, sino para las tres al mismo tiempo. Los símbolos utilizados en el SLD determinan qué actualización de máquina se emplea en cada punto del SLD. Para ser flexible, el SLD se adhiere a una serie de reglas especificadas. En América del Norte, significa usar símbolos compuestos a través de la Norma IEEE 315; en otras partes del mundo, se recomienda el uso de símbolos IEC 60617.

Los dispositivos se representan por sus posiciones en el SLD, mientras que las prioridades de las instalaciones eléctricas se representan en otros tipos de dibujos. Esto significa que donde no se pueden mostrar ambos arreglos, se mostrará el arreglo eléctrico.

La distinción entre un diagrama unifilar como herramienta de estudio y como documento de construcción es importante mantener, porque la práctica en EE. UU. traza una línea más firme entre los dos que la mayoría de los mercados IEC, como esta explicación de un diagrama unifilar en la práctica de servicios públicos e industrial de EE. UU. establece.

Lo que cada SLD debe mostrar

Un SLD está completo solo si incluye todos los detalles requeridos. Dejar algo fuera no permitirá que el SLD cumpla su propósito de funcionar con los estudios para los que fue diseñado:

• Buses, que contienen nombre o número y voltaje nominal. La representación se verá como una línea gruesa.
• Transformadores, donde se necesita potencia nominal y voltajes, impedancia en porcentaje, conexión (delta o estrella), puesta a tierra y rango de derivación, junto con la similitud de los devanados.
• Generadores, la información que debe proporcionarse incluye potencia nominal, voltaje terminal, factor de potencia, reactancias y puesta a tierra neutra.
• Líneas y cables: longitud, tipo de conductor o cable, e impedancia.
• Dispositivos de conmutación: interruptores automáticos, desconectadores y conmutadores fusibles junto con sus clasificaciones y posiciones.
• Transformadores de instrumentación, con relaciones de transformadores de corriente y voltaje y qué funciones de relé alimentan estos transformadores.
• Cargas y maquinaria: potencia nominal, factor de potencia y datos iniciales sobre el arranque en caso de motores grandes.
• Compensación: banco de capacitores y reactores con sus calificaciones en Mvars.

Esta lista es también la razón para la conversión de SLD en un esquema de impedancia por unidad para estudios. Cada componente será reemplazado por su equivalente en por unidad basado en la base del sistema elegida y el sistema resultante es lo que el software de flujo de carga o cortocircuito resolverá.

Lectura de los Símbolos

Sintonizarse en el lenguaje visual es un trabajo simple después de aprender lo básico. Una máquina en rotación aparece como un círculo con un símbolo junto a la letra: G para generador, M para motor. Un transformador con dos bobinas aparece como dos círculos enrollados, o, en varios diagramas norteamericanos como dos símbolos de enrollado opuestos con símbolos de delta o estrella junto a él y un símbolo de tierra cerca de cualquier producto en tierra en curso. Las barras colectoras aparecen como líneas gruesas con más líneas ligeras alrededor que indican circuitos salientes. Un interruptor automático aparece como un pequeño cuadrado en la tradición ANSI, mientras que en los esquemas IEC puede ser representado como el símbolo de contrato con una palabra específica. El desconector funciona como una cuchilla abierta porque, a diferencia de un interruptor automático, no está clasificado para el trabajo y se utiliza típicamente cuando no hay energía. Los fusibles se representan como zigzags o rectángulos en las líneas de dibujo.

Lo primero que siempre se hace incorrectamente al leer un SLD por primera vez es confundir dos dispositivos cercanos entre sí. Un interruptor automático y un desconector en serie pueden parecerse pero proporcionan servicios completamente diferentes: un interruptor automático interrumpe realmente los cortocircuitos mientras que el desconector proporciona aislamiento visible. La práctica de mantenimiento, que confunde uno con el otro, es la razón misma de los accidentes.

Números de Dispositivos y los Equivalentes IEC 61850

Los números en pequeños círculos junto a los transformadores de corriente indican las funciones de estas protecciones incluso antes de referirse a cualquier clave. De acuerdo con IEEE C37.2-2022, 95 números de función de dispositivo y 22 acrónimos son válidos, y normalmente encontrarás lo siguiente:

• 52 — Interruptor automático de CA (excluye el relé en sí)
• 50 / 51 — sobrecorriente instantánea / sobrecorriente por tiempo
• 87 / 87T / 87B — protección diferencial, protección diferencial de transformador, protección diferencial de bus
• 27 / 59 — bajo voltaje / sobrevoltaje
• 25 — verificación de sincronismo
• 79 — reconexión automática
• 86 — relé fuera de servicio

Las letras al final de los números restringen la función a una forma determinada, por ejemplo, 51P-1 es el primer paso en la función de sobrecorriente temporal de fase. IEC utiliza diferentes designaciones para las mismas funciones. Por ejemplo, IEC 60617 utiliza símbolos simples para cantidad y comparación, como I> para sobrecorriente. IEC 61850 define cada función como una instancia de nodos lógicos, por ejemplo, PTOC para sobrecorriente temporal. Los productores de relés utilizan las tres designaciones para que los clientes puedan encontrar las definiciones de los relés utilizando cualquiera de las tres normas. Por ejemplo, el manual del relé de alimentación ABB REF615 da a su relé de sobrecorriente no direccional trifásico de baja etapa las designaciones de PHLPTOC según IEC 61850, 3I> según IEC 60617, 51P-1 en IEC-ANSI.

En la imagen, solo se muestran los circuitos secundarios de los transformadores en su versión simplificada, es decir, solo se dibujan las polaridades de los voltajes sin sus caminos de retorno. Esto facilita la lectura del circuito. Los dispositivos conectados a esos circuitos — relés, medidores, transductores — obtienen el círculo. Una instalación que sigue esa disciplina de extremo a extremo, desde los transformadores de corriente interiores de 10 kV que suministran los circuitos de relé hasta los paneles de relé en los que terminan, es un sitio donde el SLD permanece útil durante décadas en lugar de convertirse en un documento histórico.

Los Tres Diagramas que Realmente Necesita una Subestación

Un sistema estándar puede producir numerosos diagramas unifilares, cada uno hecho para un propósito específico, y mezclarlos conduce a complicaciones serias:

• El diagrama de estudio muestra la subestación reducida a buses y enlaces entre ellos para su solución mediante software de flujo de carga o cortocircuito.
• El diagrama operativo representa todos los interruptores automáticos e isoladores en configuración nodo-interruptor, ya que el operador debe entender qué interruptor alimenta qué celda y que todos los dispositivos ilustrados están normalmente en su modo predeterminado, lo que facilita identificar un enlace de bus que está normalmente abierto.
• El diagrama de protección muestra las posiciones de CT y VT junto con las funciones de relé que cumplen, así como los interruptores automáticos que cualquier relé dispara.

En situaciones donde algo no puede ser claramente indicado en un diagrama unifilar — polaridad del transformador de corriente, conexión de dispositivos de medición — se utiliza un diagrama trifilar que muestra el neutro junto con las tres fases, lo cual es más bien una excepción y no una práctica general.

Disposiciones de Barra Colectora y lo que Te Dicen

El diseño de las barras colectoras en una representación esquemática de un sistema de energía refleja tanto su eficiencia como su precio. Por lo tanto, suele ser lo primero que considera un especialista capacitado:

• Barra única – la solución más simple y económica. Cualquier falla o reparación de una barra colectora llevará a una interrupción de la barra y al apagado de todo el circuito conectado a esa barra colectora. Este diseño funciona bien para estaciones de distribución menores, pero es inaceptable en el caso de una entrega de energía más vital.
• Doble barra – interruptor simple o doble. La instalación de una segunda barra ayuda en la transferencia de cargas; el método de doble interruptor permite operaciones en la barra sin necesidad de que la barra esté fuera de servicio, lo que, sin embargo, aumenta los costos.
• Barra anular – una disposición del sistema de barras en un círculo, con todos los circuitos alimentados con electricidad desde dos lados. En este caso, cualquier interrupción de un interruptor de circuito puede ser fácilmente reparada.
• Interruptor y medio – tres interruptores de circuito para solo dos circuitos, lo que permite que todas las cargas permanezcan alimentadas incluso si una barra o un interruptor falla. Es una solución estándar para sistemas eléctricos importantes.
• Barra principal y de transferencia – esto implica una barra adicional y un interruptor de circuito de transferencia, por lo que es posible apagar el interruptor de circuito mientras la línea permanece activa.

Examinar las configuraciones de barras es la forma más rápida de determinar cuánta resistencia a interrupciones tiene un sistema, lo que explica la enorme diferencia de costo entre subestaciones similares. La cuestión más amplia del equipo — lo que necesita una estación completa y lo que cuesta — se aborda en esta revisión de lo que incluye realmente un paquete completo de subestación para compradores internacionales.

Bays, Switchgear y el Límite del Diagrama

El SLD tiene diferentes categorías de bays que incluyen bays de línea de entrada, bays de transformador, bays de acoplador de bus o sección de bus, bays de alimentador y bays de capacitor o reactor. Cada bay es una unidad que tiene su propio interruptor y desconectadores, VTs, CTs y un interruptor de tierra, mientras que dependiendo de la posición del SLD en la página, cada bay se lee de un extremo al otro.

Lo que aparece en el SLD como símbolos integrados en un bay representa en realidad una cantidad considerable de equipo real. En la mayoría de los casos en las aplicaciones de interruptores aislados en aire de media tensión, el bay se ve como una unidad extraíble encerrada en metal y la disposición física de los símbolos marca la diferencia entre la representación pictórica y el equipo real designado en la especificación. A conjunto de interruptores metálicos extraíbles de 12 kV es el hardware en el que un bay típico de SLD de bus simple o doble se resuelve en el sitio. Dos bays en el dibujo, un recinto en la realidad.

GIS e IEC 61850: Dos cosas que cambian el dibujo

En los últimos diez años, dos cosas han cambiado cómo se hacen los SLD.

La primera es la aparición de interruptores aislados en gas. A diferencia de AIS donde los interruptores, desconectadores e interruptor de tierra se dibujan por separado en el diagrama (porque el equipo está ubicado al aire libre), un bay GIS generalmente se representa como un solo bloque ya que todo el equipo está en un recinto sellado. Si te encuentras con un dibujo que muestra la disposición GIS según los principios AIS, es un dibujo legado o simplemente un error.

El segundo desarrollo es IEC 61850 y el bus de proceso. En el caso de la unidad de fusión, las señales analógicas se digitalizan y se transmiten a través de la fibra, mientras que la conexión física no indica qué entrada analógica está siendo utilizada por el dispositivo electrónico inteligente (IED). La correlación directa de CT y entrada de relé se convierte en un conjunto de datos que el sistema puede utilizar en lugar de una conexión directa.

IEC 61850 también permitió la creación de dibujos legibles por máquina. El diagrama unifilar ahora se transforma en datos ya que el Lenguaje de Configuración de Subestaciones especificado en IEC 61850-6 puede describir el SLD y sus componentes en forma de datos.

Cómo preparar un SLD

Seamos realistas: el proceso es aburrido y la secuencia es importante:

• Establece los límites del proyecto. Especifica la fuente de energía y el punto final del diagrama. Después de eso, nadie se opondrá a tu conclusión.
• Reúne la información sobre la fuente utilizada. Esto incluye su nivel de falla, punto de conexión, impedancia, información sobre los transformadores utilizados, incluyendo su rango de toma y grupo vectorial, información sobre los CTs y VTs utilizados en la conexión.
• Coloca el diagrama verticalmente con las fuentes en la parte superior y las cargas en la parte inferior.
• Posiciona los interruptores. Los interruptores abiertos como ataduras deben ser marcados como tales sin estar enterrados en las notas.
• Agregue los dispositivos al diagrama eléctrico. Incluya la posición de los CT y VT, números de dispositivos o nombres IEC 61850 y la matriz de disparo.
• Anote las calificaciones de potencia. Un interruptor de circuito sin los parámetros no tiene sentido.
• Verifique los datos con los estudios reales realizados y compárelos con el SLD. Si no coincide, significa que la conclusión es incorrecta o que el estudio en sí es incorrecto.
• Imprímalo como un documento controlado con un cuadro de revisión. Un SLD sin control deja de ser válido y confiable dentro de un período de un año.

Por qué un SLD obsoleto es peor que no tener SLD

Un diseño basado en un diagrama obsoleto da resultados erróneos de manera confiable. Todos los estudios de circuitos y cálculos de arco eléctrico comienzan con el diagrama unifilar, y este diagrama es parte de cualquier informe de arco eléctrico y es importante para un lugar de trabajo. Esto significa que un diagrama desactualizado se traduce directamente en calificaciones de equipos, tipos de EPP y configuración de dispositivos de protección. El problema no es “no sabemos” sino “pensamos que sabemos pero el número es incorrecto”.

Por eso el diagrama unifilar gana su dinero dos veces: primero cuando se diseña el equipo y segundo cuando alguien trabaja con el equipo. Mantener el diagrama unifilar actualizado es un trabajo que requiere mantenimiento en lugar de ingeniería y suele ser lo primero que se olvida.

Preguntas Frecuentes

¿Qué es el SLD de una subestación?

El SLD de la subestación se refiere al diagrama alfabético que muestra la conexión eléctrica y el aislamiento del equipo del sistema de energía. Todos los circuitos trifásicos en el diagrama están representados por una sola línea. Cada aparato en el diagrama se muestra mediante un lenguaje simbólico con números que designan sus tipos.

¿Cuál es el significado de SLD en electricidad?

Un diagrama unifilar, a menudo denominado diagrama de una línea o diagrama unifilar, recibe su nombre de la representación de las tres fases del equipo de energía en una sola línea. En los mercados IEC, las reglas de dibujo se derivan de IEC 61082-1, mientras que los símbolos se toman de IEC 60617 o IEEE Std 315 en América del Norte, respectivamente.

¿Qué es un SLD en construcción?

En aplicaciones de construcción, el diagrama unifilar es el documento que define el alcance eléctrico: qué alimentadores están disponibles, quién se encarga de ellos y qué valores se utilizan. Los contratistas lo utilizan para presupuestar el equipo de conmutación y el cronograma de cables; y los equipos de puesta en marcha lo utilizan para establecer el programa de conmutación y verificar si el equipo proporcionado está en línea con el diseño.

¿Cómo preparar un SLD?

En el trabajo de construcción, el diagrama unifilar proporciona información sobre los elementos eléctricos, como qué ha sido alimentado, qué lo alimenta y cómo. Los contratistas utilizan este documento al presupuestar el equipo de conmutación y el cronograma de cables, mientras que los equipos de puesta en marcha lo siguen para establecer el programa de conmutación y ver si el equipo proporcionado corresponde al diseño.

Referencias

1. Portal de Ingeniería Eléctrica — Comprendiendo los diagramas unifilares de subestaciones y el bus de proceso IEC 61850
2. SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) — guías de aplicación de protección y numeración de funciones de dispositivos en la práctica
3. Hitachi Energy — automatización de subestaciones, sistemas IEC 61850 y documentación del portafolio de equipos de conmutación
4. Siemens Energy — material de referencia de subestaciones de alta tensión y subestaciones digitales
5. GE Vernova — documentación de soluciones de red sobre esquemas de protección y diseño de subestaciones
6. Mitsubishi Electric — publicaciones técnicas de equipos de distribución de energía y subestaciones
7. NFPA — NFPA 70E, que requiere un diagrama unifilar actualizado para la documentación de arco eléctrico
8. Comisión Electrotécnica Internacional — IEC 61082-1, IEC 60617, IEC 81346 e IEC 61850-6

Conclusión

El diagrama unifilar de una subestación es un diagrama algo pequeño con una gran función. Especifica las conexiones, qué relé activa qué interruptor, y qué calificaciones se aplican, y mucho depende de que sea correcto y esté actualizado: todo, desde el estudio de fallos hasta el plan de operación, depende de ello. Léalo tal como está, preste atención a los números asignados a los dispositivos y trate la modificación como parte del diagrama y no como una adición. Para trabajos de modernización y extensión, se aplica la misma disciplina desde la primera encuesta en el sitio, que es el enfoque detrás de proyectos de actualización de subestaciones de la red eléctrica que comienzan a partir de un arreglo existente.