dimensionamiento de electrodos de puesta a tierra tipo - Cigré

esistencia, 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 de la 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 que realizar 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, con esta misma herramienta es posible estimar en forma preliminar el área de influencia que
los electrodos tendrán, lo cual resulta útil para identificar la aptitud ambiental del sitio de instalación
estudiado.
2 DIMENSIONAMIENTO DEL ELECTRODO
2.1 Criterio de dimensionamiento
El dimensionamiento de un electrodo se basa en una metodología de “ensayo y error”, en la cual si los
resultados no cumplen las restricciones impuestas por el diseñador, se deben recalcular los parámetros de
interés, cambiando ciertos datos de entrada.
Los datos de entrada al programa se dividen en datos fijos y las variables de diseño (ver Figura 1). En el
primer tipo se consideran los parámetros del suelo (resistividad y características térmicas) y la corriente del
sistema HVDC, mientras que en el segundo tipo se encuentran el radio del electrodo (R), su profundidad (h)
y su sección de coke (s), las cuales son las variables que modificarán el diseño en el caso de que alguna
restricción no se cumpla.
Como se ve en la Figura 1, la herramienta de cálculo entrega cuatro resultados, de los cuales cada uno de
ellos está restringido de la siguiente manera:
El primero de ellos, la resistencia del electrodo (Re), puede verse limitada producto de las pérdidas que el
operador del sistema HVDC está dispuesto a aceptar.
El segundo resultado, la tensión de paso máxima (Emax), tiene relación con el gradiente de potencial máximo
que una persona puede tolerar. Este valor se calcula con la corriente máxima del sistema y corresponde al
gradiente máximo se produce en las inmediaciones del electrodo. El valor límite que este parámetro puede
llegar se suele calcular mediante la ecuación (1) descrita en [2], donde ρs es la resistividad superficial del
suelo:
E = 5 + 0.
03⋅
ρ
max permitido
s
(1)
La densidad de corriente (J) debe estar limitada debido a la corrosión del material del electrodo y los efectos
de la electroósmosis. El valor típico es de 1 A/m 2 [1] para la corriente nominal del sistema HVDC. No es
necesario considerar la corriente máxima del sistema si es que operará con esta por un tiempo corto (del
orden de las horas).
Finalmente, la temperatura del electrodo (T°) se limita a un valor menor o igual a 100 °C, la temperatura en
que el agua hierve [1]. Un valor superior implica un aumento rápido de la resistencia del electrodo. Esta
temperatura se debe alcanzar después de un periodo determinado que el diseñador considere apropiado para
su sistema.
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