Electrodos

XIII ERIAC DÉCIMO TERCER ENCUENTRO REGIONAL IBEROAMERICANO DE CIGRÉ
Puerto Iguazú Argentina

24 al 28 de mayo de 2009

XIII/PI-B4 -01

Comité de Estudio B4 - Alta Tensión en Corriente Continua y Electrónica de Potencia

DIMENSIONAMIENTO DE ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA TIPO ANILLO PARA SISTEMAS DE TRANSMISIÓN HVDC

L. VALLEJOS* Transelec S.A. Chile J.M. SANTOS Transelec S.A. ChileJ. RAYO Transelec S.A. Chile

G. OLGUÍN Transelec S.A. Chile

Resumen – Este documento contiene un procedimiento para el dimensionamiento y cálculo de parámetros de un electrodo terrestre con forma de anillo en un terreno de dos capas paralelas de distintas resistividades utilizando el método de las imágenes. El método de cálculo permite conocer las dimensiones del electrodo que cumplen conciertas restricciones y, de manera general, el área de influencia que la inyección de corriente produce en el terreno. Palabras clave: HVDC – Electrodo – Tensión de Paso – Potencial – Puesta a Tierra – Área de Influencia 1 INTRODUCCIÓN

Uno de los componentes más importantes de los sistemas de transmisión HVDC bipolares corresponde a los Electrodos de Puesta a Tierra. Éstos son la conexión físicaal suelo de la corriente que circula entre dos subestaciones convertidoras utilizando la Tierra como medio conductor. Los electrodos cumplen con tres funciones principales: establecer la tensión de referencia 0 V del circuito DC, establecer una ruta a las corrientes de desbalance entre los polos del sistema y finalmente añadir una ruta alternativa de manera instantánea a la corriente de operacióncuando uno de los polos falla. Los tipos de electrodo se clasifican según su ubicación, pudiendo ser marinos, terrestres o de costa. A su vez, cada tipo de electrodo puede tener distintas formas, siendo la más común y preferente la de anillo horizontal debido a su capacidad de distribuir la corriente de manera más homogénea [1]. El dimensionamiento de los electrodos es un proceso que debeconsiderar no sólo restricciones de seguridad a las personas y los equipos, sino que además debe considerar restricciones de operación, pérdidas de energía, una limitada vida útil, entre otras. Esto hace que el dimensionamiento, utilizando la herramienta de cálculo que se presenta en este artículo, sea un proceso iterativo hasta el momento que se logren cumplir todas las restricciones de diseño. Si bienlos electrodos corresponden eléctricamente a una puesta a tierra convencional, en la práctica éstos son constructivamente muy diferentes de las mallas de tierra de los sistemas AC. Al operar con corriente continua sufren de una corrosión acelerada, la cual debe ser tomada en cuenta al momento de diseñarse, y por otra parte, al operar por tiempos extensos (varias horas, días e incluso meses) debenposeer una baja
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resistencia, operar a bajas densidades de corriente y niveles de tensiones de paso y toque acorde a las normas de seguridad correspondientes. Estas especificaciones inciden en el tamaño y la forma de los electrodos, llegando a ocupar, en algunos casos, incluso decenas de hectáreas. Por otra parte, el funcionamiento del electrodo puede provocar un aumento dela temperatura del mismo y del suelo más próximo. Este efecto produce una disminución de la humedad y por ende un aumento de la resistividad, que finalmente conlleva a un aumento de la resistencia del electrodo. La inyección por tiempos prolongados de corriente a la tierra, la cual produce un aumento de potencial eléctrico en el suelo circundante, hace que exista la necesidad de tener querealizar mitigaciones a distintas instalaciones que pueden verse interferidas. Esto último, si bien es un tema de interés, no se aborda extensamente en la presente publicación. Este documento presenta una herramienta y una metodología para el dimensionamiento de un electrodo terrestre, la cual permite estimar las dimensiones que la instalación tendrá y, por ende, los requerimientos de suelo. Además,...