Modelamiento del sistema de puesta a tierra de plantas industriales basado en el IEEE Std 80-2013 y software CYMGRD para asegurar la protección de las personas

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo modelar de manera generalizada un sistema de puesta a tierra aplicada a plantas industriales en Perú, y a partir de los resultados permita a los proyectistas considerar la relación entre el área ocupada por una malla a tierra y la seguridad del personal frente a tensiones de toque y paso generadas durante una falla a tierra. Se analizan los efectos de estas fallas sobre el perfil de tensiones en la superficie del terreno, que dependen del área de la malla, demostrando que la seguridad se garantiza al controlar dichas tensiones. Además, se examina la condición de la mayoría de las plantas en Perú, que solo cuentan con pozos a tierra individuales, lo cual puede generar tensiones peligrosas, incluso múltiplos del voltaje de suministro. Para evaluar la seguridad según el área que ocupa un sistema de puesta a tierra, se modelaron 28 casos de diseño para una planta hipotética de 48,836 m², considerando combinaciones de dos perfiles de resistividad del suelo, dos niveles de corriente de corto circuito en media tensión, dos subestaciones y cuatro tamaños de sistemas de puesta a tierra. Los diseños se realizaron con el software CYMGRD y la metodología IEEE Std 80-2013. Como plus, se calculó la inversión para cada caso, lo que ayuda a comprender el valor de la seguridad. El enfoque de investigación es aplicado, y los resultados muestran la relación entre la seguridad y el área ocupada por la malla de puesta a tierra.

This study aims to develop a generalized model of a grounding system applied to industrial plants in Peru. Based on the results, it seeks to provide designers with insights into the relationship between the area occupied by a grounding grid and personnel safety concerning touch and step voltages generated during a ground fault. The effects of such faults on the surface voltage profile are analyzed, demonstrating that safety can be ensured by controlling these voltages. Additionally, the common condition of most industrial plants in Peru is examined, where only individual grounding electrodes are used, which can lead to hazardous voltages, even multiples of the supply voltage. To evaluate safety based on the area occupied by a grounding system, 28 design cases were modeled for a hypothetical plant of 48,836 m², considering combinations of two soil resistivity profiles, two medium-voltage fault current levels, two substations, and four sizes of grounding systems. The designs were made using CYMGRD software and the IEEE Std 80-2013 methodology. Additionally, the investment for each case was calculated, which helps understand the value of safety. The research approach is applied, and the results show the relationship between safety and the area occupied by the grounding grid.