AutoGroundDesign

La herramienta de ingeniería AutoGroundDesign es el único software completamente automatizado que puede analizar y diseñar sistemas de puestas a tierra sin la intervención del usuario entre las varias fases del diseño.

Este nuevo software ofrece las funciones inteligentes y de gran alcance que ayudan a ingenieros eléctricos a diseñar instalaciones de puestas a tierra seguras, rápidamente y eficientemente. Un acercamiento de dos etapas se utiliza para el diseño automatizado del sistema de puesta a tierra. La base de datos de la rejilla es, opcionalmente, el punto de partida de cualquier diseño automatizado y cubrirá la mayoría de las rejillas que se encuentren en la práctica. Después, se refina el diseño inicial recurrentemente usando técnicas y algoritmos basados en las reglas para mejorar la seguridad y funcionamiento, mientras que se reduce el costo total de la rejilla. Las colecciones extensas de rejillas predefinidas han sido analizadas, construidas y pueden ser fácilmente modificadas por el usuario. Una estrategia ha sido ideada para encontrar rápidamente una rejilla apropiada, mientras que al mismo tiempo se reduce el tamaño de la base de datos. El tiempo dedicado para diseñar una rejilla de puesta a tierra segura y rentable es reducido al mínimo por el uso de tales técnicas de la automatización y bases de datos apropiadas.

1. Introducción

El diseño del sistema de puestas a tierra se basa a menudo en las pautas ásperas, derivadas de experiencias de ingeniería. Es con frecuencia un procedimiento de ensayo-y-error y puede tomar y desperdiciar mucho tiempo, puesto que es demasiado difícil de tomar en cuenta un número grande de variables (proporciones geométricas de la rejilla, su profundidad, la naturaleza del suelo y de los conductores de la rejilla, ver si las barrillas del de puestas a tierra están unidas a la rejilla, etc...) que puedan afectar el funcionamiento de la rejilla. El último objetivo de AutoGroundDesign es de utilizar una base de datos y un método de diseño automatizado basado en las reglas del sistema de puesta a tierra para resolver los requisitos del diseño (tales como subida del potencial del suelo, voltaje de tacto, voltaje de paso, y límites de la resistividad de la tierra), dados la estructura del suelo, las dimensiones del área de la rejilla, las características de conductores, configuración de la rejilla, y corriente de falla descargada por la rejilla.

2. Características

La version 2004 de AutoGroundDesign tiene las siguientes particulares características:

• Genera diseños del sistema de puesta a tierra basados en una descripción simple de lugar de la subestación. Los requisitos de entrada de datos se reducen a un mínimo: ajustes del ambiente, datos del suelo, zona de la rejilla de puesta a tierra, corriente de falla en la rejilla, datos relacionados a la seguridad, y parámetros y controles automatizados de diseño.
• Modela sistemas de puesta a tierra y evalúa su funcionamiento; se satisface de analizar y diseñar una rejilla de puesta a tierra mientras las impedancias longitudinales de los conductores de tierra puedan ser descuidadas.
• Analiza y diseña las rejillas de puesta a tierra rectangulares que consisten en arreglos horizontales y verticales de los conductores pelados enterrados en suelos uniformes y de varias capas.
• Realiza diseño automatizado con varios procedimientos, tales como Automatico, Medio Punto, Lineares, y métodos Usuario-Definidos. Estos procedimientos especificarán el funcionamiento y el progreso del proceso automatizado del diseño apropiadamente y utilizarán las bases de datos de tierra de la rejilla, los algoritmos y las técnicas de búsqueda, y los criterios y los apremios suplidos por el usuario más eficientemente.
• Permite que los usuarios especifiquen si las barrillas de tierra van a ser utilizadas en el diseño de la rejilla final y las características de las barrillas de tierra. Si sí, las barrillas se distribuyen sobre el área entera de la rejilla.
• Computa potenciales de tierra en localizaciones específicas del suelo llamadas puntos de observación que son determinados automáticamente por el programa.
• Ofrece tres otros modos de operaciones, el “Estimator”, “Configuration” y “Dimension Predictor”, son modos que permiten al usuario estimar rápidamente y exactamente la resistividad de varios sistemas de puesta a tierra (tales como rejillas, arsenal de placas de la barrilla, electrodos de estrella, anillos circulares, etc.) o prediga el tamaño (dimensión) o la configuración del sistema de puesta a tierra que resuelve esa resistencia .

3. Historia del Desarollo del Programa

SES implementó su primer programa automatizado de diseño de la rejilla de puesta a tierra a principios de los años 90. Tenía un interfaz de menú (DOS-BASADO) basado en caracteres y fue llamado AutoGrid. Fue restringido a rejillas rectangulares enterradas en suelos uniformes y de dos-capas horizontales. El tiempo del cómputo era el obstáculo principal para el uso sistemático de esta característica automatizada.

La velocidad y la memoria de la computadora han aumentado perceptiblemente y era hora de reconsiderar el poner esta característica automatizada en el software de puesta a tierra de SES. Esto es hoy más pertinente, puesto que SES ha desarrollado un nuevo y único método de diseño automatizado que promete reducir considerablemente el tiempo necesario para determinar un diseño adecuado para formado arbitrariamente de sistemas de puestas a tierra enterrados en varios tipos del suelo.

Consecuentemente, SES ha decidido de proceder con el desarrollo de este método de diseño automatizado eficiente y esta versión inicial de AutoGroundDesign, que apoya cualquier rejilla rectangular enterrada en suelos de varias capas está disponible ahora.

4. Tecnologías y Procedimientos de los Diseños de los Sistemas de Puesta a Tierra

Considere el proceso tradicional de diseñar un sistema de puesta a tierra para una subestación. De acuerdo con la experiencia y los requisitos de vinculación de tierra de la subestación, se desarrolla y se analiza una configuración preliminar del sistema de puesta a tierra. Los resultados calculados se examinan para determinarse si se resuelven todos los requisitos del diseño. Si todos los requisitos del diseño no se resuelven o si estos requisitos son excedidos por un margen considerable que sugiere ahorros significativos posibles, las modificaciones de diseño se hacen al sistema de puesta a tierra y el análisis del diseño se comienza otra vez.

Para producir un diseño optimizado, un conocimiento mejor de la estructura del suelo y la corriente de falla real que fluye en la subestación son necesarios. También una gran cantidad de factores tales como las proporciones geométricas de la rejilla, su profundidad, el tipo de conductores de la rejilla y si las barrillas de puesta a tierra están si o no unidos a la rejilla son esenciales.

El diseño automatizado del sistema de puesta a tierra utiliza las tecnologías y los procedimientos siguientes.

Primero, un diseño preliminar apropiado de la rejilla se selecciona y se recupera de una base de datos de rejillas predefinidas, basada en los datos de entrada proporcionados, como por ejemplo el tamaño y las proporciones geométricas de la rejilla, la estructura del suelo, la corriente de falla inyectada, y los criterios de seguridad. Estas rejillas predefinidas se han analizado y se han almacenado previamente en las bases de datos que contienen la información del funcionamiento de la rejilla en modelos uniformes y de capas del suelo. La base de datos puede ser dinámicamente actualizada basada en el sistema de puesta a tierra actualmente analizado.

En segundo lugar, este diseño inicial es refinado automáticamente y dinámicamente variando el número de conductores horizontales y verticales en la rejilla en una tentativa de mejorar su funcionamiento y de resolver los apremios de seguridad, mientras que se reduce el costo total de la rejilla. Observe que el modelo verdadero del suelo (no el suelo acodado equivalente usado en la búsqueda de la base de datos) está utilizado en este proceso. La evaluación de análisis y de seguridad es realizada por un módulo del análisis de puesta a tierra. La subida potencial de tierra (GPR), los voltajes de tacto y de paso se computan y se comparan a los valores máximos dados por los estándares de IEEE o del IEC, o por los umbrales usuario-definido. Los conductores horizontales o verticales se agregan o se quitan dependiendo del GPR, desviaciones de los voltajes de tacto y de paso de los valores seguros deseables. El método usado para conducir los pasos del refinamiento del diseño emplea funciones aproximativas para determinar el número de los conductores que se pueden agregar o quitar del diseño en cada paso de la iteración. Se han derivado estas funciones basaron en observaciones y el análisis de los resultados extensos almacenados en la base de datos.

El proceso proporciona una opción manual que permite que el usuario proporcione un diseño inicial de la rejilla definido por el número de conductores a lo largo de los lados de la rejilla, y las características de los conductores y de las barrillas. El programa entonces refina esta rejilla automáticamente.

5. Estructura del Diseño Automatizado del Sistema de Puesta a Tierra

El software para diseño automatizado del sistema de puesta a tierra integra los módulos siguientes y tiene una estructura demostrada abajo.

Módulo Central del Diseño Automatizado de la Puesta a Tierra

Este núcleo y controlador módulo tiene un interfaz simple que permite al usuario establecer un diseño automatizado del sistema de puesta a tierra rápidamente y eficientemente. El último objetivo de este módulo es manejar y coordinar datos de entrada, criterios de seguridad y decisiones del progreso para obtener un diseño de la rejilla que resuelva todos los requisitos. Los parámetros de diseño automatizados totales son controlados por este módulo para seleccionar la metodología usada para obtener el diseño inicial de los sistemas de puesta a tierra, para especificar qué metodología de la base de datos de la rejilla debe ser utilizada para el diseño automatizado, y para especificar el número máximo de las iteraciones del diseño así como la tarifa en la cual el diseño de la rejilla se desarrolla.

Módulo del Sistemad de Puesta a Tierra

Este módulo se utiliza para analizar las redes de tierra del sistema de energía sujetadas las corrientes de la frecuencia de potencia AC o DC descargadas en las varias estructuras del suelo. Computa el funcionamiento de seguridad de la rejilla de puesta a tierra, en términos de los voltajes de GPR, de tacto y de paso. Puesto que se asume que la rejilla es una estructura equipotencial, las localizaciones de los puntos actuales de la inyección dentro de la red de tierra no desempeñan un papel significativo, es decir las impedancias longitudinales de los conductores de tierra pueden ser descuidadas.

Módulo de Analisis de Suelo

Este módulo se dedica al desarrollo de los modelos equivalentes de la estructura de la tierra basados en datos medidos de la resistividad del suelo. Puede generar modelos con muchas capas horizontales, tan bien como modelos verticalmente y exponencial acodados del suelo.¹

Módulo de Analisis de la Distribución de la Corriente de Falla

Este módulo calcula la distribución de la corriente de falla en terminales múltiples, líneas de transmisión y alimentadores de distribución usando una información mínima y un sistema simple de datos referentes a la red. Proporciona la corriente de falla real que fluye en una rejilla de puesta a tierra, así como corrientes en los alambres del protector, las estructuras de la torre y las envolturas de cable. Las impedancias únicas y mutuas de los alambres del protector y de las envolturas de cable están también computados y disponibles.¹

Módulo de Seguridad

Este módulo genera los valores de umbral de seguridad basados en el estándar 80 de IEEE, el estándar 479 del IEC, estándar del usuario propio o una combinación híbrida de estos estándares. Los límites computados del voltaje de seguridad se utilizan para decidir si parar o continuar con el proceso del diseño. Los parámetros para determinar los límites del voltaje de seguridad son: el tiempo para aclarar la falla, resistividad superficial de la capa de cobertura de la tierra (e.g., roca machacada), grosor superficial de la capa de cobertura de la tierra, resistividad de la superficie equivalente de la capa (ésta es la resistividad del suelo debajo de la capa de cobertura de la superficie de la tierra), resistencia del cuerpo, opcionalmente especificada la resistencia del pie y resistencia del desgaste protector, tal como guantes o cargadores, y método actual del cómputo del umbral de la fibrilación.

Herramientas para la Vvisión, hacer Diagramas e Iinformes

Un módulo de base CAD se utiliza para visión o para corregir las rejillas de la puesta a tierra tridimensionales que consisten en segmentos línea-recta. Los segmentos de la línea representa los conductores metálicos o los perfiles de la observación. Pueden ser vistos de cualquier dirección, en una variedad de maneras. Otro informe y módulo de gráficos sirve como procesador de gran alcance de salida de datos para exhibir los resultados del cómputo en varios formatos gráficos o de impresión. Este módulo también tiene la capacidad para hacer visión de los datos de entrada e incluso para lanzar el módulo del análisis de puesta a tierra.