¿Por qué las subestaciones utilizan piedras, grava, guijarros y roca triturada?
En las subestaciones, equipos como transformadores de potencia y distribución, líneas de transmisión, transformadores de voltaje, transformadores de corriente e interruptores de seccionamiento requieren puesta a tierra. Más allá de la puesta a tierra, exploraremos en profundidad por qué la grava y la roca triturada se utilizan comúnmente en las subestaciones. Aunque parezcan ordinarias, estas piedras desempeñan un papel crítico de seguridad y funcional.
En el diseño de la puesta a tierra de subestaciones—especialmente cuando se emplean múltiples métodos de puesta a tierra—se extiende la roca triturada o la grava en todo el patio por varias razones clave.
El propósito principal de extender la grava en el patio de una subestación es reducir el aumento de potencial de tierra (GPR), también conocido como tensión de paso y tensión de contacto, definidos como sigue:
Aumento de Potencial de Tierra (GPR): El máximo potencial eléctrico que puede alcanzar una malla de tierra de subestación en relación con un punto de referencia de tierra remoto asumido como de verdadero cero potencial. El GPR es igual al producto de la corriente máxima de falla que entra en la malla y la resistencia de la malla.
Tensión de Paso (Eₛ): La máxima diferencia de potencial que puede existir entre dos pies (generalmente separados 1 metro) cuando la corriente de falla fluye hacia el sistema de puesta a tierra. Un caso especial es la tensión transferida (Etransfer), donde aparece tensión entre una estructura conectada a tierra dentro de la subestación y un punto remoto fuera—frecuentemente evaluado sobre una distancia de 1 metro desde estructuras metálicas hasta puntos de la superficie del suelo.
Tensión de Contacto (Eₜ): La máxima diferencia de potencial entre una estructura metálica conectada a tierra (por ejemplo, carcasa de equipo) y un punto en la superficie del suelo cuando una persona la toca durante el flujo de corriente de falla.
Durante eventos de cortocircuito, tanto la tensión de paso como la de contacto aumentan significativamente. En comparación con materiales comunes como el suelo, la hierba o el concreto, la grava y la roca triturada tienen una resistividad superficial relativamente alta. Esta alta resistividad superficial limita el flujo de corriente a través del cuerpo humano, reduciendo así el riesgo de descarga eléctrica durante el mantenimiento o la operación cerca de equipos energizados.
Por lo tanto, la grava y la roca triturada se utilizan intencionalmente en las subestaciones para aumentar la resistencia de la capa superficial, mitigando efectivamente las tensiones de paso y contacto peligrosas y mejorando la seguridad del personal durante las fallas a tierra.
La tabla a continuación muestra la resistividad de varios materiales como piedra, arena, etc.
| Materia | Resistividad (Ω·m) |
| Arcilla y lodo saturado | <100 |
| Arcilla arenosa y limo húmedo | 100–250 |
| Arena arcillosa y arena saturada | 250–500 |
| Arena | 500–1500 |
| Roca alterada | 1000–2000 |
| Grava triturada | 1500–5000 |
| Grava | 1500–10000 |
Razones para usar piedra en subestaciones y campos de maniobra eléctricos
A continuación se presentan las razones y factores específicos para utilizar piedra en lugar de otros materiales:
El césped y otras malezas o pequeñas vegetaciones pueden causar problemas. Durante la lluvia o condiciones húmedas, el crecimiento de plantas puede hacer que el suelo sea resbaladizo, lo que supone riesgos potenciales para la seguridad del personal y del equipo. Además, el césped seco puede incendiarse durante las operaciones de conmutación o causar cortocircuitos, afectando negativamente la confiabilidad del equipo y de la red. Por lo tanto, las subestaciones suelen implementar medidas para controlar el crecimiento de la vegetación para garantizar una operación segura y estable.
Usar piedra alrededor de los campos de maniobra ayuda a prevenir que animales silvestres, como serpientes, lagartijas, roedores y otros pequeños animales, entren en el área de la subestación.
Una superficie de grava evita charcos y acumulación de agua en el campo de maniobra, lo cual es indeseable para el equipo de alta tensión.
Las piedras y la grava son más resistentes a los impactos que el césped o la arena, ayudando a amortiguar las vibraciones de los transformadores (causadas por la magnetostricción del núcleo) y a mitigar el movimiento durante eventos sísmicos.
El uso de piedra y grava aumenta la resistividad de la capa superficial, reduciendo así los peligros de voltaje de contacto y paso. Además, inhibe el crecimiento de plantas y malezas pequeñas, las cuales, si estuvieran presentes, podrían disminuir la resistividad superficial e incrementar el riesgo de descargas eléctricas durante el mantenimiento y las operaciones rutinarias.
En general, el material de piedra utilizado en los campos de maniobra mejora las condiciones de trabajo, apoya la operación estable y refuerza la eficacia del sistema de puesta a tierra existente para proteger contra las descargas eléctricas.
