Modelado de electrodos magnetoactivos en sistemas de puesta a tierra de media y baja tensión mediante elementos finitos

Abstract

La tecnología de sistemas de puesta a tierra ha evolucionado con la introducción de los denominados electrodos magnetoactivos, dispositivos comerciales que prometen optimizar la disipación de corrientes de falla, reducir la impedancia y filtrar impulsos de alta frecuencia. A pesar de su creciente uso en instalaciones de media y baja tensión, existe una notable escasez de información científica y técnica independiente que respalde los atributos declarados por los fabricantes. Ante este vacío de conocimiento, el problema radica en la necesidad de verificar de forma objetiva las verdaderas ventajas, desventajas y límites de operación de esta tecnología. Para abordar esta problemática, se propone el desarrollo de un modelo computacional que combina la simulación por elementos finitos (FEM) y la síntesis de circuitos eléctricos. Utilizando el software COMSOL Multiphysics, se modelaron tridimensionalmente dos arquitecturas reales de electrodos de disipación vertical de alta eficiencia emplazados en suelos rocosos de alta resistividad, incorporando sus respectivos dominios de cemento conductor y cámara dieléctrica. Esto permitió evaluar la resistencia de puesta a tierra Rg, la elevación del potencial de tierra (GPR) y el comportamiento térmico. Paralelamente, se utilizó ATPDraw para modelar el bloque filtrante del electrodo (acoplador) mediante modelos equivalentes de Foster de cerámicas ferromagnéticas (ferritas), evaluando su respuesta en frecuencia. Los resultados obtenidos demuestran que los electrodos de disipación vertical de alta eficiencia logran una disminución sustancial de la resistencia de puesta a tierra frente a varillas convencionales; de forma aislada, el electrodo cónico redujo la Rg en un promedio del 57,57% respecto al modelo de Dwight, mientras que el modelo tipo péndulo alcanzó un 65,30% de reducción. Se comprobó que (...).