Medición de la resistividad del suelo y estimación de la resistencia equivalente del suelo a larga distancia

Question

Estoy intentando dimensionar el Resistencia de neutro a tierra (NGR) en la estrella de un transformador Delta-Eye de 138 KV a 4160 V. Para encontrar el valor adecuado he estimado la corriente de carga del sistema siguiendo las instrucciones de esta página sección "Estimación". Y más tarde leí el artículo "Charging Current Data for Guesswork-Free Design of High-Resistance Grounded Systems" suministrado como referencia en esa página. Después de mi estudio me di cuenta de que en caso de que se produzca una falta a tierra en cualquiera de las 4160 fases (2400 V fase a neutro) fluirá mucha corriente a través de tierra (suelo) de vuelta al punto estrella de la estrella en estrella y esto estará limitado por el NGR. Digamos que permitiré que fluyan 150 A (conexión a tierra de baja resistencia). A 2400 V es un NGR de 16 Ohm.

Ahora leyendo la norma CSA M421-16 Uso de la Electricidad en Minas dicen "En los sistemas conectados a tierra por resistencia, es una práctica estándar suponer recorridos de fallo de impedancia cero y considerar únicamente las resistencias neutro-tierra. para calcular las posibles corrientes de defecto a tierra".

Al leer esto, cualquiera puede pensar que la tierra (el suelo) no tiene resistencia al paso de la corriente. Así que empecé a estudiar eso. Primero seleccioné mi peor escenario, una avería en mi punto más alejado, que está a 1,2 millas (1931 m) del transformador . Y luego traté de averiguar la resistividad de la tierra. Resulta que varía en función de muchas cosas (composición mineral de las rocas, humedad, salinidad, temperatura, estado de ánimo del tipo que hace las mediciones, etc ).

Por ejemplo, puede encontrar un par de artículos que explican la resistividad del suelo aquí y aquí . Supongamos, por ejemplo, que el suelo está compuesto de arena con una resistividad de al menos 100 Ohm por metro. La resistencia equivalente del suelo sería 1931*100 = 193100 ~= 200 kOhmios. ¡¡¡Eso no es algo que se pueda ignorar en comparación con un NGR de 16 Ohm!!! La tierra detendrá la corriente de carga mucho más que el NGR.

1. ¿Por qué no se tiene en cuenta?

Tal vez mi suposición acerca de la tierra (suelo) es errónea, me parece que con la distancia la tierra es un conductor en serie, pero también muchos conductores paralelos, por lo que tal vez los 2 efectos se compensan y el valor de la resistencia tenderá a un valor constante (un amigo mío llamó a este modelo Remote Earth)

2. ¿Existe alguna forma matemática de modelar mi tierra a distancia y saber en la práctica cuánta resistencia tendrá mi suelo a tal distancia? Si asumo que mi suelo es agua de mar sigue siendo 1 Ohm/metro. Supongo que puede afectar a mi decisión de qué NGR seleccionar.

Actualización: Siempre es más fácil (y la norma así lo hace) saltarse una medida tan complicada (la resistencia equivalente del suelo). Más aún cuando su valor cambia dependiendo de tantos factores y confiar sólo en el NGR para limitar la corriente. De todas formas este es el peor de los casos y nunca te puedes equivocar si estás protegido contra el peor de los casos. Pero, ¿me equivoco al pensar que sin un NGR cuando se produce un fallo a tierra, miles de amperios fluirán a través de tierra? Si este es el caso, entonces el propio suelo no debe tener un valor de resistencia tan alto. ¿Alguien ha visto algún estudio que diga a cuántos ohmios equivale una milla de tierra? Me moriría por verlo.

Actualización 2: comprobación este documento dice :

El electrodo de tierra está rodeado por tierra, que conceptualmente está formada por capas concéntricas del mismo grosor. Las capas más cercanas al electrodo de tierra tienen la menor superficie, lo que se traduce en una mayor resistencia. Cada capa posterior incorpora un área mayor lo que se traduce en una menor resistencia. Finalmente, se llega a un punto en el que las carcasas adicionales ofrecen poca resistencia a la tierra que rodea al electrodo de tierra.

No citan ninguna referencia para afirmarlo. ¿Alguien sabe de dónde lo han sacado y si puedo hacer la misma suposición para distancias muy largas?

Answer 1

Lo que tienes es un campo de resistividad . Dependiendo de lo complicado que sea el problema y de las hipótesis de contorno, puede que haya soluciones cerradas o que se necesiten técnicas de análisis de elementos finitos para comprender la situación.

Hace muchas lunas que no hago cálculos matemáticos de este tipo (propagación de señales en el tejido del sistema nervioso), así que estos días se me han ido un poco de la cabeza. https://archive.epa.gov/esd/archive-geophysics/web/html/resistivity_methods.html podría servir como una buena introducción, y campo de resistividad sería un buen término de búsqueda.