Tecnico industrial

Estado del arte en el diseño de mallas a tierra de subestaciones Ingeniero Jaime Alberto Blandón
Resumen
El objetivo del presente artículo es mostrar brevemente el desarrollo de técnicas modernas para el diseño de mallas de tierra en subestaciones. Se hará un análisis crítico de las limitaciones y problemas de las metodologías y se presentarán algunas recomendaciones sobre el enfoque de losdiseños g. Modificar el diseño preliminar. h. Corroborar el diseño final (retornar al paso d). Los principales problemas en el diseño de mallas de tierra están asociados con los pasos a, d y f y serán el objeto fundamental del presente artículo.

1. Antecedentes históricos
La historia de la norma IEEE-80 “Guide for safety in A.C. substation grounding” ha sido bastante tortuosa e interesante yrevela claramente la dificultad de manejo que presenta este tema incluso entre los entendidos. El artículo que tuvo mayor incidencia sobre la primera versión de la norma (1961) fue escrito por Walter Kock y fue la base del término más confuso y discutido de la norma, el factor Ki, (factor de irregularidad) el cual trata de considerar que las corrientes en la malla no se reparten proporcionalmente sinoque tienen la tendencia de presentar mayores densidades de corriente en las esquinas. La fórmula teórica para los suelos de resistividad uniforme establece que la tensión de malla (máxima tensión de toque en una cuadrícula) está dada por:

Introducción
El objetivo principal de las mallas de tierra en subestaciones es el de garantizar protección al personal durante fallas eléctricas, aunquetambién sirven como medio de disipación de corrientes dentro de la tierra de tal forma que no excedan los límites operativos de los equipos. Existen demasiados parámetros que afectan las tensiones alrededor del área de la subestación, los cuales son dependientes del sitio de instalación, por lo cual es imposible diseñar una malla que pueda ser aceptada en cualquier lugar, dado que tanto la magnitudde la corriente a disipar, la duración de la falla, la resistividad del terreno, el material superficial, así como el tamaño y forma de la malla tienen gran influencia sobre las tensiones que aparecen. Los principales pasos a desarrollar dentro de un diseño de mallas de tierra son: a. Obtener y procesar medidas de campo. b. Obtener las tensiones de paso y toque soportadas por las personas. c. Hacerun diseño preliminar aproximados de resistencia). (obtener valores

Emalla = Kmρ I

L

Donde Km es una constante función de la profundidad, diámetro y espaciamiento de la malla. Como las medidas en laboratorio discrepan de la teoría el factor Ki se estimó como “ajuste” dando:

Ki = 0.65 + 0.172 n
n Número de conductores en paralelo en una dirección, igual corrección se aplicó a latensión de paso máximo.

d. Calcular la máxima corriente que debe disipar la malla. e. Dimensionar el conductor, (calibre). f. Calcular los potenciales de paso y de toque.

Epaso = Ksρ I

L

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Donde Ks es una constante función de la profundidad, diámetro y espaciamiento, produciendo finalmente:

e.Ampliar la aplicación a suelos no uniformes. f. Revisar la influencia de la capa de cascajo en las tensiones tolerables por el hombre.

Emalla = KiKmρ I L I Epaso = KiKsρ L
Los problemas con Ki, Ks y Km surgieron inmediatamente, porque no se dispuso de suficientes datos sobre las condiciones en las que Kock había trabajado sino porque la aplicación de las fórmulas frecuentemente llevaba aimposibilidades físicas o a contradicciones de diseño. Otro problema que surgió inmediatamente fue el valor de la corriente que deberá disipar la malla. Los valores usados por las compañías variaban en forma más o menos arbitraria entre el 30 y el 100% de la corriente de falla encontrada usando técnicas convencionales de cortocircuito. Debido a que la cantidad de conductor requerido es proporcional...