Ingeniero Civil Eléctrico / Los elevados potenciales con los que trabajan los sistemas eléctricos de potencia hacen imprescindible la presencia de elementos de seguridad que protejan a los equipos y personas que se encuentren en el lugar. Las puestas a tierra son la última línea de defensa en una compleja serie de mecanismos y protocolos dispuestos para este fin. Por esto es de vital importancia asegurarse de que el diseño de ésta se ajuste a los parámetros de diseño para comprobar que la operación se realice de manera segura. Una de las primera acciones es caracterizar apropiadamente el terreno en el cual la corriente será disipada. La otra es proyectar una malla de tierra que establezca condiciones seguras en todo el recinto donde se ubican las instalaciones. En el presente trabajo se ha creado una herramienta computacional que permite determinar la configuración de los estratos que componen el terreno, particularmente el espesor y la resistividad eléctrica de cada una de las capas, a partir de los datos obtenidos mediante un sondeo eléctrico vertical. Además se ha implementado un sistema que en situación de falla, permite determinar las corrientes que son inyectadas al terreno en cada punto de la malla, como también del aumento del potencial en ésta, y en cualquier lugar del espacio, para terrenos de dos capas. La puesta a tierra es modelada como un conjunto de pequeñas esferas, a fin de dar flexibilidad en el diseño geométrico de estas, a diferencia de trabajos anteriores, los cuales utilizan barras de dimensiones reducidas como geometría elemental para el cálculo de las características eléctricas. La modelación se implementa modelando las mallas como un conjunto de esferas pequeñas, lo cual entrega flexibilidad en el diseño de la puesta a tierra. Comparaciones con datos reales y mediciones en terreno, muestran que los resultados son suficientemente cercanos a la realidad, mostrando la idoneidad del modelo. La metodología utilizada permite obtener las características eléctricas de mallas que se encuentren en presencia de elementos metálicos separados tales como cables de telecomunicaciones, tuberías, rieles para el transporte de equipos en superficie, entre otros, lo cual no es posible determinar en forma precisa mediante los métodos simplificados actuales. También es posible visualizar las zonas en las cuales la densidad de corriente es lo suficientemente pequeña, tal que permita reducir la cantidad de conductores en la puesta a tierra, a fin de obtener soluciones de menor costo. El programa desarrollado en este trabajo tiene un gran potencial en la docencia, ya que permite obtener resultados de manera más transparente que los métodos actuales, obteniendo una mayor claridad de los fenómenos involucrados. En la industria es posible utilizar este programa para obtener resultados más precisos, seguros y de menor costo.

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En Chile la minería es la principal industria, generando grandes recursos y está en constante crecimiento. En coordinación con este desarrollo, la seguridad tanto para equipos y personas debe mantener la normativa, que cada vez es más exigente. Las normativas nacionales no detallan técnicamente las puestas a tierra de la minería, por lo que las empresas mineras se acogen a normas internacionales. El presente trabajo de título tiene como objetivo identificar los problemas e interrogantes presentes en los sistemas de puesta a tierra propios de los sistemas eléctricos mineros, y luego entregar recomendaciones y argumentos técnicos para dichos puntos, los cuales pretenden ser factibles y de clara comprensión. En el trabajo se consideraron cuatro aspectos relacionados con las puestas a tierra: el acoplamiento entre puestas a tierra diferentes en una mina, determinando las posibles causas y se entregan recomendaciones para afrontarlo; el diseño apropiado de la resistencia de neutro a tierra considerando los efectos capacitivos del sistema, entregando un método aproximado que determina los valores de la resistencia y corrientes de fallas; equipos de protección relacionados con las resistencias de neutro a tierra, indicando sus consideraciones especiales de ellos; y condiciones de seguridad de los cables de arrastre subterráneos para tres niveles distintos de tensiones (menores a 1000 V, 1000 V, y sobre 1000 V), analizando la construcción y comportamiento frente a daños mecánicos de estos. Las principales recomendaciones son interconectar dos puestas a tierra si el acoplamiento de voltaje es mayor que un 33% entre ellas; diseñar la resistencia de neutro a tierra considerando la capacitancia distribuida provocada por los cables de arrastre mediantes cálculos aproximados, los cuales se ejemplifican; se debe monitorear de forma permanente el conductor de tierra y la resistencia de neutro a tierra, y no ocasionalmente; y siguiendo las normas para cables de arrastre subterráneos de tensiones mayores a 1000 Vac, estos confieren mayor seguridad que los cables de menor voltaje. Se propone como trabajo futuro analizar el sistema de puesta a tierra de una mina en particular siguiendo las recomendaciones propuestas en este trabajo; comparar las normas eléctricas en sistemas mineros canadienses y estadounidenses en cuanto a la seguridad conferida; y diseñar un monitor continuo de resistencia de neutro a tierra.