Respuesta transitoria de las puestas a tierra en la protección contra rayos. Software GTIERRAS

Abstract

RESUMEN : Se usa un programa computacional desarrollado en Matlab (GTIERRAS) que implementa un modelo de base electromagnética, para determinar la impedancia de puesta a tierra de configuraciones arbitrarias y su comportamiento ante excitaciones tipo impulso. Impedancia, corrientes y voltajes, u otras variables eléctricas de sistemas de puesta a tierra se pueden presentar en el dominio de la frecuencia o del tiempo usando la transformada rápida de Fourier. La base general del modelo considerado se usa para valorar no sólo sobretensiones por descargas atmosféricas, sino también, otros transitorios típicos asociados con problemas de compatibilidad electromagnética. Los resultados muestran la influencia de algunas variables en la respuesta del sistema de puesta a tierra y revelan algunas diferencias que se deben tener en cuenta cuando se aplican criterios basados en el desempeño a baja frecuencia, para esfuerzos impulsivos de puestas a tierra. Adicionalmente, se presentan ejemplos de cálculo y comparaciones con resultados de otros autores para ilustrar algunos comportamientos que de ninguna manera son evidentes. Se investiga además, el efecto de la geometría de los electrodos y la resistividad del suelo, así como del frente de onda y el número de puntos de inyección. También se presentan resultados de tensiones de contacto y de paso, así como, el estudio de un sistema de protección contra rayos como ampliación de las aplicaciones del modelo. Finalmente, se derivan algunas conclusiones útiles para el diseño de sistemas de puesta a tierra.

ABSTRACT : A computer program developed in Matlab (GTIERRAS) from an electromagneticbased model is used to assess grounding impedances and the behavior of grounding electrodes of arbitrary shapes under lightning impulses. Impedance, currents and voltages, or other electric variables of the grounding system can be presented as well in frequency or in time domain with the use of Fast Fourier Transform. The generality of the model allows its use for assessing lightning overvoltages, but also for other typical transients associated with electromagnetic compatibility problems. Results show the influence of some variables on the response of grounding system and shed light on some differences that must be taken into account when applying criteria based on low frequency performance to groundings stressed by surges. Calculation examples and comparison with results from other authors are presented and analyzed so as to illustrate some grounding behaviors that by no means are evident. Effects of electrode geometry and soil resistivity, as well as of wave front and number of injection points are also investigated. Results of touch and step potentials are shown. A study of a lightning protection system is presented as an extension of the model application capabilities. Some conclusions useful for grounding system design are derived.