Los sistemas de puesta a tierra de energía adecuados son necesarios para mantener la seguridad y confiabilidad de la infraestructura crítica del subsistema eléctrico, como las subestaciones.Los sistemas de puesta a tierra de energía proporcionan una ruta de baja resistencia para que las corrientes de falla eléctrica fluyan hacia la tierra, evitando descargas eléctricas, incendios y daños a equipos vitales.La investigación de la resistividad del suelo es crucial para diseñar sistemas de puesta a tierra de energía.

Para obtener sistemas de puesta a tierra más rentables y eficientes para subestaciones eléctricas, es imperativo seleccionar cuidadosamente sitios con la resistividad eléctrica del suelo más baja.Esto también garantiza un rendimiento y una seguridad óptimos.Por lo tanto, es importante una determinación precisa de la resistividad del suelo, ya que valores inexactos pueden provocar sistemas de puesta a tierra defectuosos.

La Autoridad de Generación de Electricidad de Tailandia ha establecido criterios para la resistividad del suelo requerida para las subestaciones, con un umbral inferior a 80 ohmios-metro.Sin embargo, la resistividad del suelo a menudo no cumple con estos requisitos, lo que destaca la necesidad de métodos sólidos de evaluación de la resistividad del suelo.

Muchos estudios han investigado la relación entre la resistividad del suelo y diversas propiedades geotécnicas, enfatizando la influencia decontenido de agua, peso unitario del suelo,contenido de sal, contenido de arcilla y tamaño de partículas.A pesar de estos conocimientos, sigue siendo necesario un modelo predictivo integral que integre las relaciones entre la resistividad eléctrica del suelo y múltiples parámetros geotécnicos.

Para abordar este desafío, un equipo de investigación, dirigido por el profesor Shinya Inazumi de la Facultad de Ingeniería del Instituto de Tecnología Shibaura, llevó a cabo una investigación exhaustiva sobre el comportamiento y las relaciones entre la resistividad del suelo y los parámetros geotécnicos en un ambiente de temperatura y humedad controladas.También desarrollaron un modelo predictivo basado en sus hallazgos.Su estudio se publica en la revista.Resultados en Ingeniería.

"En el centro de este estudio está el desarrollo de modelos predictivos basados ​​en la relación entre la resistividad eléctrica del suelo y las propiedades geotécnicas clave. Al desarrollar modelos de correlación robustos, nuestro objetivo es predecir con precisión la resistividad del suelo en condiciones de campo. Esto tiene implicaciones significativas para el diseño.de los sistemas de puesta a tierra en subestaciones eléctricas, especialmente en regiones con diversos tipos de suelo, como Tailandia", afirma el profesor Inazumi.

En el estudio, los investigadores midieron 30muestras de suelodesde varias ubicaciones representativas dentro de la subestación de la red eléctrica en Tailandia, utilizando un entorno de laboratorio controlado para establecer una correlación sólida de resistividad con cada parámetro geotécnico.Se seleccionaron tres propiedades geotécnicas índice para correlacionarlas con la resistividad eléctrica del suelo: el contenido de agua, que se sabe que influye fuertemente en la resistividad;índice de plasticidad, que representa el contenido de arcilla;y densidad seca, que representa la densidad del suelo sin agua.

Los resultados revelaron una relación clara entre la resistividad del suelo y el contenido de agua, donde la resistividad aumenta al disminuir el contenido de agua.Sin embargo, la correlación entre la resistividad y el índice de plasticidad o densidad seca resultó ser menos significativa, lo que los investigadores atribuyeron a la influencia dominante del contenido de agua.

Para abordar este problema, utilizaron además múltiples no lineales.análisis de regresiónestudiar los efectos combinados del contenido de agua y otros parámetros del suelo.El coeficiente de determinación (r²), que explica qué tan bien se ajusta un modelo a los datos observados, para la correlación de la resistividad eléctrica del suelo, el contenido de agua y el índice de plasticidad, fue de 0,8281, y de 0,7742 para la correlación entreresistividad eléctrica, contenido de agua y densidad seca.Estas fuertes correlaciones sugieren que una combinación de contenido de agua, índice de plasticidad y densidad seca proporciona un modelo predictivo confiable para la resistividad del suelo.

Sin embargo, el equipo también reconoció la limitación de este modelo, que actualmente puede predecir la resistividad del suelo sólo de suelos cohesivos con partículas finas.Esto se debe a la limitada variedad de muestras de suelo utilizadas en el estudio.Afortunadamente, esta limitación puede abordarse fácilmente en futuras investigaciones incluyendo un conjunto más amplio y diverso de muestras de suelo.

"Este estudio proporciona un método para optimizar los diseños de puesta a tierra de subestaciones, que son fundamentales para proteger el equipo y el personal de fallas eléctricas. Los resultados pueden reducir la necesidad de pruebas y modificaciones exhaustivas del suelo, reduciendo costos y manteniendo el cumplimiento normativo. Más allá de las aplicaciones eléctricas, modelos predictivosdesarrollado en el estudio también podría adaptarse paramonitoreo ambiental", comenta el profesor Inazumi, destacando las posibles aplicaciones más amplias de su estudio.

En general, este estudio abre nuevos caminos en la evaluación de la resistividad del suelo, contribuyendo a la construcción rentable de sistemas de tierra para subestaciones eléctricas y allanando el camino para un suministro de energía más seguro y confiable, lo cual es esencial para un crecimiento económico estable.

Más información:Kornkanok Sangprasat et al, Análisis integral de las correlaciones entre la resistividad eléctrica del suelo y las propiedades geotécnicas índice,Resultados en Ingeniería(2024).DOI: 10.1016/j.rineng.2024.102696