Contribuciones al cálculo de la resistencia de puesta a tierra de electrodos en condiciones no habituales y aplicaciones a la modelización de los parámetros eléctricos del suelo
Authors:   , Denche Castejón Gregorio 
Published: December 2024

The thesis was designed with several key objectives: to optimize the design of grounding systems in high-voltage electrical installations, estimate the grounding resistance of large electrodes using unconventional methods, analyze the influence of internal electrode resistance, include the effect of oxidation in the calculation of resistance, and improve the Driven-Rod (DR) method for modeling the electrical parameters of the soil.

Firstly, an estimator was developed for the grounding resistance of large electrodes, which reduces computation time compared to the Charge Simulation Method (CSM). This estimator has been validated through applications to real electrical substation grids, demonstrating its accuracy.

Additionally, the thesis incorporates the internal resistance of electrodes into the grounding resistance calculation using a Circuit-Based Model (CBM). Calculations were performed for different materials, showing that internal resistance is more significant in large electrodes, particularly when replacing copper with other materials such as steel 1020 or stainless steel 304.

The effect of electrode oxidation or surface coating was also considered, introducing a model that allows estimating the impact of these factors on grounding resistance. It was concluded that oxidation increases grounding resistance, and the effectiveness of coating electrodes with low-resistivity materials as a method to reduce resistance was evaluated.

Regarding the determination of the soil electrical structure, the Driven-Rod method (DR), was improved, creating the "Resistive Driven-Rod" (RDR), which includes the internal resistance of the rod and its joints. Although this method presents challenges, such as coarse sampling and the complexity of the minimization process, it offers a valid alternative to non-invasive methods like Wenner.

RESUMEN

Esta tesis se planteó con varios objetivos clave: optimizar el diseño de sistemas de Puesta a Tierra (PaT) en las instalaciones eléctricas de alta tensión, estimar la resistencia de PaT de grandes electrodos mediante métodos no convencionales, analizar la influencia de la resistencia interna de los electrodos, incluir el efecto de la oxidación en el cálculo de la resistencia y mejorar el método Driven-Rod (DR) para la modelización de los parámetros eléctricos del suelo.

En primer lugar, se desarrolló un estimador para determinar la resistencia de PaT de grandes electrodos, que reduce el tiempo de computación en comparación con el Método de Simulación de Cargas (CSM). Este estimador ha sido validado con aplicaciones a mallas de subestaciones eléctricas reales, demostrándose su precisión.

Además, en esta tesis se incorpora el parámetro de la resistencia interna de los electrodos en el cálculo de la resistencia de PaT, utilizando un Modelo Basado en Circuitos (CBM). Se realizaron cálculos para diferentes materiales, demostrándose que la resistencia interna es más significativa en electrodos de gran tamaño, especialmente al sustituir el cobre por otros materiales como el acero 1020 o el acero inoxidable 304.

También se consideró el efecto de la oxidación o recubrimiento superficial de los electrodos, introduciéndose un modelo que permite estimar el impacto de estos factores en la resistencia de PaT. Se concluyó que la oxidación aumenta la resistencia de PaT, y se evaluó la efectividad de recubrir los electrodos con materiales de baja resistividad como método para reducir la resistencia.

En cuanto a la determinación de la estructura eléctrica del suelo, se mejoró el método de la varilla hincada o Driven-Rod (DR), creándose el método Resistive Driven-Rod (RDR), que incluye la resistencia interna de la varilla y sus uniones. Aunque este método aún presenta desafíos, como el muestreo grueso y abordar la complejidad del proceso de minimización, ofrece una alternativa válida a métodos no invasivos como el de Wenner.