Bienvenido a GND·CAL
BETASistema de cálculo, verificación y optimización de sistemas de puesta a tierra para subestaciones eléctricas, conforme a IEEE Std 80-2013 y IEEE Std 81-2012.
Para comenzar, completá la información del proyecto y luego seguí los módulos del menú lateral en orden. Cada tab tiene ayuda contextual sobre qué datos cargar.
| # | a (m) | PERFIL X — ρa,X (Ω·m) | PERFIL Y — ρa,Y (Ω·m) | ρa,prom (Ω·m) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sección nominal | — | mm² |
| Diámetro exterior (d) | — | mm |
| Construcción | — | hilos × ø |
| Resistencia CC (20°C) | — | mΩ/m |
| Masa | — | kg/km |
| Temp. máx. admisible (Tm) | — | °C |
| Sección mínima Amin (Ec.43) | — | mm² |
| Margen térmico instalado | — | — |
\(K_{ii} = 1\) con picas en esquinas/perímetro
\(K_{ii} = 1 / (2n)^{2/n}\) sin picas o solo esquinas
Cuatro electrodos colineales con separación uniforme a. Los electrodos exteriores (C₁, C₂) inyectan corriente; los interiores (P₁, P₂) miden la diferencia de potencial.
Suelo aproximado como semiespacio de dos capas horizontales: capa 1 (ρ₁, espesor h₁) sobre capa 2 (ρ₂, espesor infinito).
ρ₂ > ρ₁ — subsuelo resistivo.
Suelos secos sobre roca.
ρ₂ < ρ₁ — subsuelo conductivo.
Suelos húmedos bajo roca seca.
Ajuste de (ρ₁, ρ₂, h₁) al conjunto de mediciones por mínimos cuadrados no lineales.
Si RMSE(θ+Δθ) < RMSE(θ): aceptar, λ ← λ/10
Si no: rechazar, λ ← λ×10
El LM es un optimizador local — depende del punto de inicio. El sistema detecta la forma de la curva ρa vs a y elige múltiples semillas.
ρa_max/ρa_min < 1.3
→ Inicio 1: (ρ_media, ρ_media, a_min)
→ Inicio 2: (ρ_media·0.9, ρ_media·1.1, a_min)
ρa_max/ρa_min ≥ 1.3
→ Inicio 1: (ρ_primero, ρ_último, a_min)
→ Inicio 2: (ρ_último, ρ_primero, a_min)
→ Inicio 3: (ρ_media, ρ_media, a_min)
Corre LM desde todas las semillas y retorna el resultado de menor RMSE que cumpla las restricciones físicas.
Cota superior: a_max — la profundidad de investigación del ensayo. Postular capas más profundas es extrapolación sin sustento.
Usar ρ equivalente (media geométrica) directamente como ρ de diseño en IEEE 80. El modelo de 1 capa es suficiente.
Usar ρ₁ como resistividad de diseño (capa donde va la malla). El subsuelo resistivo no aporta.
Considerar ρ₁ con corrección por capa 2. El subsuelo conductivo ayuda a la dispersión de corriente.
El botón "Aplicar modelo 2 capas → Datos de entrada" transfiere ρ₁ como resistividad de diseño y ρs=ρ₂ como capa superficial (si aplica).
Para sitios anisótropos o heterogéneos se realizan mediciones en dos perfiles ortogonales (X, Y) para cada separación. El sistema calcula ρa,X y ρa,Y y su promedio para cada a. El ajuste opera sobre los promedios (un punto por separación), siguiendo la práctica estándar de laboratorios y la metodología IEEE 81.
1. Introducción
¿Qué es GND·CAL?
GND·CAL es un sistema de cálculo y diseño de puesta a tierra para subestaciones eléctricas, basado en la norma IEEE Std 80-2013 (Guide for Safety in AC Substation Grounding). Permite calcular tensiones de toque y paso, verificar criterios de seguridad, y generar informes técnicos completos.
Normas de referencia
- IEEE Std 80-2013 — Diseño de sistemas de puesta a tierra en subestaciones AC
- IEEE Std 81-2012 — Medición de resistividad del suelo y potenciales de superficie
- IEC 60228:2004 — Conductores de cables aislados
Flujo de trabajo general
El flujo típico de trabajo es:
- Paso 1: Completar los datos del proyecto (pestaña Proyecto)
- Paso 2: Ingresar mediciones de campo Wenner y calcular el modelo de suelo
- Paso 3: Configurar los parámetros de entrada (suelo, falla, geometría, conductor)
- Paso 4: Ejecutar el cálculo IEEE 80 (botón "Calcular sistema")
- Paso 5: Revisar resultados, verificar criterios de seguridad
- Paso 6: Generar el informe técnico PDF
- Paso 7: Guardar el proyecto para futuras consultas
2. Datos del proyecto
La pestaña Proyecto permite registrar la información administrativa de la subestación y del ensayo de campo. Estos datos aparecen en la portada del informe técnico.
Campos principales
- Nombre del proyecto: identifica la subestación o instalación
- Ingeniero responsable: nombre del profesional a cargo del diseño
- Fecha del proyecto: fecha del cálculo/informe
- Dirección: ubicación física de la subestación
- Referencia / expediente: código interno del proyecto
- Norma aplicable: por defecto IEEE Std 80-2013
- Tensión nominal (kV): nivel de tensión de la subestación
- Instrumento de medición: marca, modelo y serie del telurómetro
3. Ensayo Wenner — Mediciones de campo
La pestaña Ensayo Wenner permite ingresar las mediciones de resistividad aparente del suelo realizadas en campo con el método de 4 electrodos (IEEE Std 81).
Cómo ingresar mediciones
- Seleccione la disposición de electrodos (cruz ortogonal o en L) antes de ingresar datos
- El sistema espera valores de resistividad aparente ρa (Ω·m) directamente
- Ingrese la separación
a (m)y los valoresρa,Xyρa,Ypara cada dirección - El sistema calcula automáticamente el promedio por fila
- Para agregar filas, haga clic en la fila fantasma (opaca) al final de la tabla
Cargar ejemplo
El botón "Cargar ejemplo" carga datos de referencia para probar el sistema rápidamente.
ρa = 2π · a · R4. Modelo de suelo — Ajuste de 2 capas
Después de ingresar las mediciones Wenner, presione "Calcular modelo de suelo" para ajustar un modelo geoeléctrico de dos capas (Sunde/Tagg).
Resultados del ajuste
- ρ₁ (Ω·m): resistividad de la primera capa
- h₁ (m): espesor de la primera capa
- ρ₂ (Ω·m): resistividad de la segunda capa (semiespacio)
- RMSE (%): error del ajuste — menor es mejor (<5% excelente, <15% aceptable)
- K: coeficiente de reflexión — indica el tipo de estratificación
Aplicar modelo a datos de entrada
Use los botones en la card del modelo para transferir los parámetros del suelo a la pestaña de datos de entrada. El modo "Aplicar modelo completo" asigna ρ₁ como capa superficial y ρ₂ como suelo nativo.
5. Datos de entrada IEEE 80
Parámetros del suelo
- ρ (Ω·m): resistividad del suelo nativo (uniforme o del modelo Wenner)
- ρs (Ω·m): resistividad de la capa superficial (grava, concreto, etc.)
- hs (m): espesor de la capa superficial
- Tipo de superficie: seleccione el material o "Sin capa superficial"
Parámetros de falla
- If (A): corriente de falla máxima
- tf (s): duración de la falla (tiempo de despeje)
- Df: factor de decremento (se calcula automáticamente según X/R y frecuencia)
- Peso corporal: 50 kg (conservador) o 70 kg (operadores)
Geometría de la malla
- Lx, Ly (m): dimensiones de la malla
- Conductores intermedios: use los botones +/- para agregar conductores en X e Y. El espaciado Dx/Dy se calcula automáticamente.
- h (m): profundidad de enterramiento
Picas (electrodos verticales)
- Contorno: picas distribuidas en el perímetro
- Intersecciones: una pica en cada nodo de la malla (recomendado)
- Solo esquinas: 4 picas en las esquinas
Cable conductor
Seleccione la sección nominal del catálogo IEC 60228 y el material (Cu duro, Cu recocido, etc.). El sistema calcula la sección mínima por criterio térmico (Ec. 43 IEEE 80).
6. Cálculo y resultados
Ejecutar el cálculo
Presione el botón verde "Calcular sistema" (esquina inferior derecha) para ejecutar el cálculo IEEE 80 completo. El sistema calcula automáticamente todos los coeficientes y verifica los criterios de seguridad.
Indicadores principales (KPI)
- Rg (Ω): resistencia de puesta a tierra de la malla
- GPR (V): elevación de potencial de tierra
- Em (V): tensión de malla (toque) — debe ser ≤ Etoque
- Es (V): tensión de paso — debe ser ≤ Epaso
Criterios de aprobación
El diseño se aprueba cuando se cumplen simultáneamente: Em ≤ Etoque, Es ≤ Epaso, y Ainst ≥ Amin (criterio térmico del conductor).
Optimizador automático
Si el diseño no cumple, el sistema propone automáticamente soluciones: reducir espaciado, aumentar picas, aumentar longitud de pica, o cambiar capa superficial.
7. Gradientes 3D
La pestaña Gradientes 3D muestra la distribución de potencial en la superficie del terreno.
Gráficos disponibles
- Potencial V(x,y): distribución de voltaje en superficie
- Tensión de toque: con plano límite Etoque
- Tensión de paso: con plano límite Epaso
- Vista fusionada: malla + suelo + gradiente en un solo gráfico
Controles
- Aplanar superficie: slider para comprimir la vista vertical (3D → plano)
- Opacidad: controla la transparencia de capas en la vista fusionada
- Use el mouse para rotar (click + arrastrar), zoom (scroll) y pan (click medio)
8. Informe técnico PDF
Presione el botón azul "Informe PDF" para generar un informe técnico completo.
Contenido del informe
- Portada con datos del proyecto
- Parámetros de diseño (suelo, falla, malla, conductor)
- Resultados con fórmulas desarrolladas
- Verificación de criterios de seguridad
- Gráficos de la malla y gradientes
- Ensayo Wenner (si se realizó)
- Referencias normativas
9. Guardar y abrir proyectos
Guardar
El botón "Guardar" en el sidebar almacena todos los datos del proyecto en la base de datos: parámetros de entrada, mediciones Wenner, resultados del cálculo, y configuración del conductor.
Abrir
El botón "Abrir" muestra una lista de proyectos guardados. Al seleccionar uno, se restauran todos los datos y se regeneran los resultados.
Indicador de proyecto
El nombre del proyecto activo se muestra en la barra superior cuando hay un proyecto guardado o cargado.
10. Referencia rápida
Ecuaciones IEEE 80 implementadas
| Ec. | Nombre | Fórmula |
|---|---|---|
| 27 | Factor Cs | Cs = 1 − 0.09·(1−ρ/ρs) / (2hs+0.09) |
| 29 | Tensión toque | Etoque = (1000+1.5·Cs·ρs)·K / √tf |
| 30 | Tensión paso | Epaso = (1000+6·Cs·ρs)·K / √tf |
| 52 | Resistencia Rg | Rg = ρ/LT + ρ/√(20A)·[1+1/(1+h√(20/A))] |
| 80 | Tensión malla Em | Em = ρ·Km·Ki·Ig / Lm |
| 92 | Tensión paso Es | Es = ρ·Ks·Ki·Ig / Ls |
| 43 | Sección mínima | Amin = If·√(tc·αr·ρr / [TCAP·ln((K0+Tm)/(K0+Ta))]) |
Materiales de conductor
| Material | Kf | Tm (°C) |
|---|---|---|
| Cobre recocido | 226 | 1084 |
| Cobre duro comercial | 200 | 1084 |
| Cobre-acero | 170 | 800 |
| Acero galvanizado | 80 | 620 |
Capas superficiales típicas
| Material | ρs (Ω·m) |
|---|---|
| Concreto | 2 000 |
| Grava triturada | 3 000 |
| Grava seca | 10 000 |
| Asfalto | 10 000 000 |
| Sin capa superficial | — |