Diseño de electrodo de puesta a tierra para sistemas de transmisión en corriente continua mediante método de elementos finitos

Abstract

El objetivo general del presente trabajo de título es presentar una metodología de diseño para un sistema de electrodos de una línea de transmisión en corriente continua. Se identificarán las etapas y lineamientos generales involucrados en el diseño de electrodos para este tipo de aplicación específica con el fin de entregar una metodología clara y directamente aplicable al caso de un sistema de transmisión en corriente continua. En la primera parte del trabajo se busca presentar los elementos teóricos básicos, con esto se espera dar al lector familiaridad con los conceptos que se tratan a lo largo del documento. De forma posterior, se investiga la metodología y el estado del arte de ésta a nivel internacional, entregando así un esquema funcional de diseño. Se pone especial énfasis en los estudios de campo eléctrico y potencial por tratarse de factores críticos en la operación y seguridad. Para esto se realizan modelos simplificados del electrodo y del terreno de instalación, y se aplica el método de elementos finitos usando el software COMSOL Multiphysics. El análisis numérico a desarrollar incluye el desarrollo de un modelo en 2D simétrico con respecto al eje vertical y un modelo 3D, se presentan las características de ambos y el contraste de los resultados obtenidos para un problema expuesto en la bibliografía con el fin de validar el método. Luego de esto se realiza un análisis de sensibilidad para el modelo, con el fin de observar las tendencias que tienen las simulaciones y constatar que sigan las tendencias observadas en la bibliografía y los métodos analíticos. El estudio se completa con un capítulo de aplicación de la metodología a casos prácticos de distintas características presentados en la bibliografía. Se concluye que el método de elementos finitos es una herramienta totalmente válida y apta para la simulación del problema de distribución de potencial y gradiente. El método tiene la capacidad de manejar dominios complejos a coste de tiempo de computación y uso de memoria. Además, el uso de un software comercial hace simple la manipulación de datos y la gestión de información para su post-procesamiento.