Investigación sobre el diseño de mallas de tierra
Dos objetivos principales deben lograrse en el diseño de las mallas de tierra de las subestaciones bajo condiciones normales y de fallas:
a) Proveer un medio para disipar las corrientes eléctricas en la tierra sin exceder los límites de operación de los equipos.
b) Debe asegurar que una persona en la vecindad de este sistema no esté expuesto al peligro de choque eléctrico.
En Cuba durante muchos años ha sido utilizada la metodología de diseño de la antigua U.R.S.S, que se ha adaptado a nuestras condiciones. Dos de las normas que están establecidas en nuestro país y que tienen relación con el diseño y operación de las mallas de tierra son las siguientes:
Norma Ramal: NRIB 1148, 1991. Subestaciones Eléctricas. Instalaciones de puesta a tierra. Método de cálculo.
Norma Ramal: NRIB 570, 1983. Líneas aéreas y subestaciones eléctricas. Sistemas de aterramiento. Métodos de medición.
Al realizar una revisión de estas normas detectamos las siguientes limitantes:
No se establece ninguna metodología para el diseño de puestas a tierra en suelos con una marcada no uniformidad o suelos conformados por más de una capa (multicapas).
No se da una explicación detallada de cómo realizar las mediciones de resistencia y resistividad.
No se especifican normas de seguridad al realizar las mediciones.
No hace referencia al método Wenner como el ideal para los electricistas para realizar las mediciones de resistividad.
No se definen los tipos de instrumentos a utilizar (telurómetros) para realizar estas mediciones, ni los requisitos (frecuencia, potencia, función voltímetro que permita detectar corrientes parasitas del terreno, rangos de medición) que deben poseer los mismos para realizar una adecuada medición de los parámetros resistividad y resistencia.
Entre los métodos de medición de resistencia que aparecen en esta norma, no aparecen los dos métodos más utilizados internacionalmente.
Método de la curva de caída de potencial.
Método de la regla del 62%.
Solamente se establece como parámetro rector después de construida la malla el valor de la resistencia de puesta a tierra obtenido en la medición, no se tiene en cuenta otros parámetros importantes como son la medición de las tensiones de paso y contacto y la medición de equipotencialidad.
No hace mención del uso de suelos artificiales para el mejoramiento de la resistencia de puesta a tierra en los SPT o la utilización de concretos especiales.
No se especifican que requerimientos deben cumplir los conductores y bajantes de tierra al ser construida la malla.
No se establece la separación que debe existir entre los electrodos cuando se utilizan configuraciones de puestas a tierras de más de un electrodo, para evitar la aparición de potenciales peligrosos.
No se considera el comportamiento de las mallas de tierra en baja y alta frecuencia.
No se propone la utilización de puntos de conexión de tierra o barrajes equipotenciales, lo cual facilita el mantenimiento y medición de la malla.
Las ecuaciones que propone para el cálculo de la corriente que fluye a tierra, a través del circuito de tierra durante la falla a tierra, requiere del cálculo de muchos parámetros (conductancias).
El método propuesto para la selección del conductor de la malla es muy engorroso.
Los valores de tensión de paso y contacto establecidos como tolerables en dependencia del tiempo de duración de la falla están desactualizados.
Las expresiones propuestas para el cálculo de las tensiones de paso y contacto recaen en una serie de constantes empíricas.
La expresión propuesta para el cálculo de la resistencia de tierra de la malla es bastante complicada.
En la mayoría de nuestras empresas eléctricas se han realizado diseños de mallas de tierra, violando varios aspectos importantes:
No se tiene en cuenta el análisis geológico del terreno como un aspecto importante para decidir la ubicación de la subestación y por consiguiente su malla de tierra.
Se han realizado diseños de mallas de tierra sin haber medido la resistividad del terreno.
Solamente establecen como parámetro rector de una malla de tierra el valor de su resistencia a tierra, no se tiene en cuenta las tensiones de paso y contacto que pueden aparecer en la malla cuando circula una corriente de falla a tierra, por lo que no se realizan mediciones de estos parámetros.
En ocasiones se realizan diseños ineficientes con espaciamientos entre conductores no adecuados, sin tener en cuenta los peligrosos potenciales de paso y contacto que puede ocasionar esto.
Se realizan diseños de mallas sin tener en cuenta la corriente de cortocircuito
a tierra que se presenta en la subestación.
6. En ocasiones son colocados electrodos verticales tipo varilla a una separación menor que la longitud del electrodo, esto puede traer consigo la aparición de tensiones peligrosas en presencia de corrientes de falla.
