¿Qué es una unidad de red en anillo (RMU)? Cómo funciona en la distribución secundaria

Resumen rápido

• Una configuración habitual de una unidad de distribución de media tensión (RMU) cuenta con dos circuitos en anillo para los cables de media tensión y un circuito protegido independiente para un transformador.
• Un punto normalmente abierto separa las secciones de alimentación de un bucle de cable durante el funcionamiento normal.
• Una vez aislada la avería en el cable, una ruta alternativa adecuada puede restablecer el suministro a los tramos en buen estado, siempre que la capacidad y la protección lo permitan.

Una unidad principal de anillo (RMU) es un conjunto compacto de aparamenta de media tensión que se utiliza en la distribución secundaria. En el ejemplo de alimentación en anillo que se presenta aquí, conecta una subestación a una red de cables de media tensión en bucle y proporciona una derivación a un transformador independiente. Las configuraciones de las RMU también pueden adaptarse a otras disposiciones de ramales. No modifican la tensión; esa función la desempeña el transformador conectado por separado en la subestación. La función de la RMU es conmutar los circuitos de media tensión, permitir que el anillo de cables pase por la subestación y proporcionar un punto de conexión protegido para el ramal del transformador.

Para comprender cómo funciona una RMU, hay que empezar por su estructura física y la función de cada uno de sus componentes internos, antes de pasar a analizar cómo se comportan dichos componentes en una red y qué ocurre cuando falla un tramo de cable.

Para qué sirven las dos vías de anillos y la vía del transformador

Una subestación secundaria común alimentada en anillo utiliza un conjunto compacto construido en torno a dos vías de corte de carga en anillo y una vía independiente de protección del transformador. En la ilustración, las vías en anillo se denominan «Vía en anillo A» y «Vía en anillo B»; los identificadores reales del cuadro se indican en los planos de los equipos y de la red. La conexión del transformador constituye una tercera rama independiente.

Las vías de anillo A y B proporcionan las dos direcciones de cableado a través de la unidad. La que alimenta el bus depende del estado de la red, por lo que las etiquetas no son asignaciones permanentes de entrada y salida. Cada una de ellas se conecta a un cable de media tensión que se dirige al siguiente punto de la red: una subestación adyacente o el origen de un ramal. Juntas, forman la ruta de paso que convierte a esta subestación en un nodo del anillo. Cuando ambas vías de anillo están cerradas, la corriente de media tensión puede entrar por una dirección del cable, recorrer el bus interno y salir hacia el siguiente punto. Esta es la característica estructural que distingue a una subestación en anillo de una simple derivación radial: el anillo de cables tiene una continuación física a través del cuadro de distribución.

La línea del transformador es un ramal independiente que parte de ese bus interno. En esta configuración, da servicio a un transformador instalado por separado, en lugar de continuar el recorrido del cable en anillo. Su sistema de conmutación y protección se selecciona para ese circuito del transformador. Un simple interruptor de carga realiza su función específica de conmutación de carga; la interrupción en caso de fallo requiere un dispositivo homologado para dicha función. Una combinación coordinada de interruptor y fusible es una disposición habitual; un disyuntor con relé es otra. La elección depende de los requisitos de coordinación de la protección de la red específica. La RMU proporciona la función de conmutación y protección en el lado de media tensión; a continuación, el transformador reduce la tensión al nivel de baja tensión para el cuadro de distribución de baja tensión situado en el interior de la subestación.

Esta disposición de tres ramales —dos ramales de anillo para la interrupción de carga más un ramal de transformador protegido— es una configuración habitual y muy utilizada en la distribución secundaria. Se trata de un ejemplo, no de una regla universal: existen unidades RMU con diferentes números de ramales, diferentes tecnologías de aislamiento y diferentes combinaciones de equipos de protección, en función de los requisitos de la red. En la configuración ilustrada, hay que tener clara la distinción funcional: la rama en anillo conduce la corriente de media tensión a través de la unidad, y la rama del transformador se deriva para alimentar al transformador local. Una disposición diferente de las ramas debe interpretarse a partir de su propio esquema unifilar.

Guía de equipos de media tensión de Schneider Electric muestra una disposición típica con alimentación en anillo.

Hay un aspecto que conviene dejar claro: la RMU es un cuadro de distribución, no un transformador. Sus circuitos de alimentación principales funcionan a media tensión; los circuitos de control y señalización pueden utilizar tensiones auxiliares. El transformador es un equipo independiente conectado a la línea de transformadores. Confundir ambos conceptos lleva a interpretar erróneamente el esquema unifilar y a especificar incorrectamente el alcance del equipo durante la adquisición.

Cómo alimenta una red en anillo normalmente abierta a las subestaciones

Una red de cable puede formar un bucle físico mientras funciona con un punto normalmente abierto. En la configuración utilizada aquí, esa apertura deliberada divide el recorrido en dos secciones de alimentación durante el funcionamiento normal. Un esquema de funcionamiento en anillo cerrado es un diseño de red diferente; el bucle físico por sí solo no determina el estado normal de funcionamiento.

Un sencillo esquema ilustrativo lo aclara. Imaginemos tres subestaciones RMU situadas en secuencia a lo largo del trazado de un cable: Alimentador A — RMU 1 — RMU 2 — [punto normalmente abierto] — RMU 3 — Alimentador B. Esto traza el recorrido completo del anillo desde un punto de conexión del alimentador hasta otro.

En condiciones normales de funcionamiento, el alimentador A suministra tensión al cable hasta la RMU 1 y continúa hasta la RMU 2. El alimentador B suministra tensión al cable hasta la RMU 3. El punto normalmente abierto entre la RMU 2 y la RMU 3 interrumpe la ruta de paso en ese punto del recorrido del cable. Tanto la RMU2 como la RMU3 reciben alimentación desde sus respectivos lados, pero esa conexión del cable está abierta. Esto no significa que sus fuentes aguas arriba sean eléctricamente independientes. Las dos etiquetas de los alimentadores —A y B— no implican por sí mismas que las dos fuentes sean independientes en el sentido de que procedan de instalaciones de generación distintas o de puntos de entrada a la red distintos. Las etiquetas identifican los dos segmentos de cable. La diversidad de fuentes es una cuestión de diseño a nivel de red que va más allá de la propia RMU.

El punto normalmente abierto viene dado por un dispositivo específico situado en una posición elegida en el diseño de la red, teniendo en cuenta los requisitos de carga y funcionamiento. No es necesario que lo albergue una RMU concreta. El espacio representado entre la RMU 2 y la RMU 3 es una representación esquemática de la conexión abierta; el plano real debe identificar el interruptor u otro dispositivo homologado que la crea.

Merece la pena señalar directamente el contraste con una red radial simple. Una línea de alimentación radial simple, sin enlace alternativo, cuenta con una única ruta de suministro hacia sus subestaciones situadas aguas abajo. Si esa ruta se ve interrumpida por una avería en el cable, en esta comparación no existe una ruta alternativa prevista para sortear la avería. La topología en anillo, con su bucle físico y su punto abierto previsto, crea la condición geométrica previa para una ruta alternativa; sin embargo, que esa ruta pueda utilizarse realmente depende de que la red se haya diseñado para ello, con la capacidad y la protección adecuadas.

Ejemplos de circuitos de media tensión internos de Schneider Electric Compara las disposiciones radial y en anillo.

¿Qué cambia tras una avería en el cable?

Utilizando la misma configuración de tres subestaciones, supongamos que se produce una avería en el cable en el tramo comprendido entre la RMU 1 y la RMU 2. Antes de la avería, este tramo transporta la alimentación desde el ramal A hacia la RMU 2. La avería resultante puede provocar el disparo del ramal e interrumpir el suministro a ambas subestaciones alimentadas desde ese lado hasta que se reconfigure la red.

En este ejemplo, la corriente de fallo es interrumpida por el interruptor del alimentador situado aguas arriba, y no únicamente por los anillos de corte de carga. Esta es una distinción clave. El anillo de corte de carga de una RMU puede abrirse y cerrarse bajo carga, pero para interrumpir la corriente de fallo real se requiere un dispositivo de protección adecuado, situado normalmente en el interruptor del alimentador situado aguas arriba. Los anillos de carga proporcionan los puntos de seccionamiento. En el estado de red aislada que se muestra, el anillo de la RMU 1 que da a la RMU 2 y el anillo de la RMU 2 que da a la RMU 1 están ambos abiertos, lo que deja el cable averiado fuera de las vías de suministro restablecidas en ambos extremos. La sección en fallo permanece fuera de servicio. Esto describe el estado del diagrama, más que el procedimiento de conmutación o de localización de fallos del operador.

Cómo se puede restablecer el suministro tras el aislamiento de una avería en el cableado

En el posible estado de restablecimiento, el alimentador A vuelve a suministrar energía a la RMU 1 desde su dirección original. El cable entre la RMU 1 y la RMU 2 permanece aislado y fuera de servicio. El punto, anteriormente abierto, entre la RMU 2 y la RMU 3 se encuentra cerrado en este estado, por lo que el alimentador B suministra energía tanto a la RMU 3 como a la RMU 2 a través de la ruta alternativa. El transformador de la RMU2 recupera el suministro a través de su vía de transformador, ahora alimentada desde la dirección del alimentador B a través de la RMU3. El esquema no implica un servicio ininterrumpido durante la avería y la restauración.

Manual de distribución de Horizon Power documenta los conceptos de seccionalización y alimentación alterna.

Este resultado está sujeto a una serie de condiciones que deben cumplirse antes de que pueda producirse. La línea de alimentación de la que procede el suministro alternativo debe tener capacidad suficiente para soportar la carga transferida, además de su carga actual. La coordinación de las protecciones debe ser adecuada para la nueva configuración del suministro. Además, la red debe estar diseñada y autorizada para este tipo de reconfiguración. La planificación del suministro alternativo, tal y como se ilustra en El plan de distribución de Xcel Energy, tiene en cuenta de forma explícita la carga de la ramificación a la hora de determinar si un enlace normalmente abierto puede soportar la carga transferida.

Aquí no se implica ningún procedimiento de conmutación, y la topología no garantiza la continuidad. La ilustración muestra lo que permite la red cuando se dan las condiciones adecuadas: cables en buen estado, capacidad disponible, coordinación de protección aceptable y un esquema de funcionamiento aprobado. La automatización de la secuencia de conmutación es una opción del sistema independiente que requiere equipos adicionales y no es inherente a la propia RMU.

Qué hay que comprobar en el esquema unifilar

Antes de especificar o adquirir una RMU, el esquema unifilar del proyecto debe tener en cuenta cuatro aspectos distintos.

Esquema de red. Indica cada vía y su estado normal en el plano del proyecto. Identifique qué vía del anillo se orienta hacia qué dirección del cable, qué vía se conecta al transformador y dónde se encuentra el punto normalmente abierto en el anillo. Un plano ambiguo da lugar a especificaciones incorrectas; por ejemplo, tratar una posición de la vía del anillo como una posición de la vía del transformador, o especificar un simple interruptor de carga donde se necesita protección.

Características técnicas de los equipos. Cada ramal de la RMU tiene unas características de servicio definidas por el proyecto: nivel de tensión, intensidad nominal continua y características de cortocircuito. Las características de cierre, resistencia a corto plazo y corte describen funciones diferentes; un ramal de anillo de corte de carga no tiene por qué describirse como un interruptor de fallo simplemente porque tenga una característica de cierre o de resistencia a cortocircuito. El estudio de red del proyecto determina estas cifras; no son intercambiables entre diferentes posiciones del anillo ni entre diferentes niveles de tensión. Las capacidades específicas de una vía determinada deben verificarse comparándolas con lo que exige el estudio de red del proyecto, y no deducirse a partir de la designación de una familia de productos.

Protección de las líneas de alimentación de los transformadores e interfaces de cable

Protección del alimentador. Identifica la configuración de protección del transformador que requiere la coordinación de la protección de la red. Una combinación coordinada de interruptor y fusible proporciona las funciones de protección y conmutación especificadas. Un interruptor automático con un relé adecuado puede proporcionar características de protección y funciones de disparo seleccionadas; el control remoto requiere los mecanismos, la alimentación auxiliar y las interfaces especificadas. Ninguna de las dos etiquetas de protección por sí sola indica qué funciones de automatización están incluidas. La elección es una cuestión de ingeniería de protección, no simplemente una preferencia, y la configuración seleccionada debe coordinarse con la protección del ramal anterior.

Catálogo SafeRing de ABB ofrece ejemplos de transformadores y ramales en los que se utiliza una combinación de interruptor y fusible o un disyuntor y un relé.

Interfaces de cable. La configuración de la terminación del cable en cada extremo —diámetro del conductor, nivel de aislamiento, dirección de entrada del cable y tipo de terminación— debe ajustarse a las especificaciones del cable del proyecto y al diseño de la caja de cables del cuadro eléctrico. Las interfaces in situ, incluido el espacio para el radio de curvatura del cable, las conexiones a tierra y el acceso para la terminación y las pruebas, deben confirmarse antes de realizar el pedido del equipo.

La indicación y el control remotos —retroalimentación de posición, alarma remota o conmutación remota— son opciones que se suman a los requisitos de interfaz eléctrica y de comunicaciones. Si el proyecto las requiere, deben incluirse en el pliego de condiciones. Si no forman parte del plan operativo actual, hay que tener en cuenta explícitamente su coste, el trabajo de interfaz y cualquier uso futuro previsto, en lugar de considerarlas requisitos automáticos. La capacidad de monitorización remota no equivale a la restauración automática de fallos; se trata de una función a nivel de sistema que requiere equipos e ingeniería adicionales más allá de la propia RMU.

Para obtener más información sobre los tipos de instalaciones de conmutación de media tensión y las configuraciones de redes en anillo aplicables a la distribución secundaria, consulte el documento de SUBIA Aparamenta de media tensión En esta página se describen las opciones de montaje disponibles, incluida la aparamenta de red en anillo. En cuanto al paquete de equipos más amplio de una subestación secundaria, ¿Qué es una subestación prefabricada? aborda la relación entre el cuadro eléctrico, el transformador y la carcasa. En cuanto a la terminología general de los cuadros eléctricos, ¿Qué es un cuadro eléctrico? sirve de base para las distinciones a nivel de ensamblaje que se utilizan a lo largo de este artículo.

Al comparar propuestas, hay que considerar por separado el sistema de protección y las características de formación, resistencia y ruptura de cada componente. Una sola tensión nominal o una etiqueta de familia de productos no da respuesta a todas estas cuestiones.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre una RMU y un transformador?

Una RMU controla los circuitos de media tensión y puede incluir protección para un ramal de transformador. El transformador varía la tensión entre los circuitos conectados a él.

¿Funcionan ambas líneas de alimentación en paralelo en un anillo normalmente abierto?

El punto de apertura normal interrumpe la conexión eléctrica entre las dos secciones del alimentador en ese punto. En la disposición ilustrada, cada sección cuenta con su propia ruta de alimentación normal.

¿Puede una RMU mantener el suministro a todas las subestaciones durante una avería en el cable?

Un anillo abierto puede proporcionar a los tramos en buen estado una ruta de alimentación alternativa una vez aislado el tramo afectado por la avería. No obstante, puede producirse un corte de suministro. El restablecimiento del servicio depende de la capacidad disponible, de los sistemas de protección y de la configuración aprobada de la red.

¿Todas las RMU utilizan el mismo sistema de protección de la línea de alimentación del transformador?

La protección de las líneas de alimentación de los transformadores depende del proyecto. Algunos ejemplos son una combinación coordinada de interruptor y fusible, y un disyuntor con un relé de protección. Comprueba que la configuración seleccionada se ajuste a los requisitos de protección del proyecto.