Diseño de malla a tierra conforme a IEEE Std 80 — Conceptos de la App

Aquí explicaremos los conceptos usados en el desarrollo de la app que calcula puesta a tierra en subestaciones. En primera instancia, el estándar desarrolla los siguientes conceptos básicos y, a partir de ellos, la app implementa un procedimiento simple para estimar Rg, GPR y tensiones de toque y paso.

1. Definiciones clave

Antes de entrar en números, conviene aterrizar algunos términos que verás en la app y en cualquier revisión de diseño basada en IEEE Std 80.

• Resistencia de puesta a tierra (Rg): oposición equivalente de la malla y electrodos al paso de corriente hacia tierra remota. En suelo homogéneo puede aproximarse como Rg ≈ ρ / (4 · L_total) con correcciones por geometría y profundidad.
• Elevación del potencial de tierra (GPR): incremento de potencial del sistema de tierra respecto a tierra remota durante una falla: GPR = I_g(ef) · Rg.
• Tensión de toque: diferencia de potencial entre una parte metálica conectada a la malla y el punto del suelo donde se apoyan los pies al tocarla.
• Tensión de paso: diferencia de potencial entre dos puntos del suelo separados ~1 m, sin contacto con partes metálicas.
• Tensiones máximas permisibles: valores de referencia que dependen de la duración de la falla y de las condiciones de superficie. La app compara contra estos límites orientativos para evaluar seguridad.

2. Configuraciones que calcula la app

En proyectos reales aparecen combinaciones distintas de electrodos. Para mantener el flujo claro, la app contempla estas variantes:

• Varilla sola: resistencia estimada del electrodo vertical y su GPR.
• Malla sola: Rg de una malla rectangular enterrada a profundidad h.
• Malla + varillas: combinación por conductancias (suma de inversas) con interacción simplificada; entrega una Rg equivalente y su GPR asociada.

3. Cómo calculamos (vista rápida)

El flujo es directo: primero obtenemos la resistencia, luego la elevación de potencial y, con eso, estimamos tensiones en superficie.

1. Rg: partimos de ρ/(4·L_total) y aplicamos un ajuste por área y profundidad: Rg ≈ (ρ/(4·L_total)) · (1 + k_h), con k_h = 1/(1 + 8h/(Ï€A)). Para varias varillas calculamos su equivalente y lo combinamos con la malla por conductancias.
2. GPR: con la corriente eficaz de falla I_g(ef) y la Rg obtenida: GPR = I_g(ef) · Rg.
3. Toque y paso: estimamos las tensiones de superficie alrededor de la malla y las comparamos con las tensiones máximas permisibles (función de t_f y condiciones de superficie). La idea es verificar que los valores calculados no superen dichos límites.

4. Entradas y resultados

Para usar la app solo necesitas unos pocos datos. A cambio obtendrás indicadores concretos para decidir.

Entradas: ρ, L_total, A, h, I_g, t_f, número/longitud de varillas (opcional), resistividad de capa superficial (opcional).

Resultados: Rg, GPR, tensiones de toque y paso calculadas, y comparación respecto de tensiones máximas permisibles.

5. Supuestos de esta primera versión

Estas son las condiciones que asumimos para simplificar el modelo y mantenerlo transparente. Si tu proyecto se sale de este marco, convendrá un análisis más detallado.

• Suelo homogéneo (sin capas ni agua freática modelada).
• Interacción malla–varillas aproximada mediante combinación por conductancias.
• Perfiles de potencial simplificados.
• Frecuencia industrial (50/60 Hz) y fallas tratadas con corriente eficaz equivalente.

Cuando avances al diseño definitivo, complementa con mediciones de resistividad, modelados estratificados y verificación contractual/normativa específica.

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