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Valores límite de exposición y parámetros de cumplimiento de campo magnético (CM) ante

descargas atmosféricas en líneas de transmisión (LT): un estudio de caso

María Victoria DíazFabian Ricardo Rojas

GRUPO ENERGÍA BOGOTÁ

Introducción

Límites de exposición humana a CEM

Análisis de cumplimiento etapa de diseño de LT

Análisis de cumplimiento etapa de operación de LT

Determinación de exposición de CM ante DEAT

Conclusiones

2

Índice

Introducción01

3

Efecto adverso: deterioro detectable de la salud de los individuos expuestos o su

descendencia.

Efecto biológico: interacción que puede o no resultar en un efecto adverso a la

salud.

Fuente: https://www.audienciaelectronica.net

Introducción01

4

Fuentes intencionales Vs no intencionales de campo

≠

Límites orientados principalmente a las fuentes intencionales de

campo.

Fuente: https://www.pinterest.es

Introducción


Análisis de cumplimiento etapa de diseño

Análisis de cumplimiento etapa de operación


Conclusiones

5

Índice

Límites de exposición humana a CEM02

6

Organización mundial de la

salud

-OMS-

Recomendaciones para la

protección ante las radiaciones

no ionizantes.

Comisión Internacional de

Protección contra la Radiación no

Ionizante ICNIRP

Guidelines: for limiting

exposure to time‐varying

electric and magnetic

fields (1 Hz – 100 kHz)

(2010)

Límites de exposición humana a CEM02

7

Niveles de referencia para exposición a CEM de muy baja y baja

frecuencia (0-10 MHz)

VLP para público general

Para 60 Hz

E= 4.16 kV/m

B= 200 µT(RETIE Art 14.1)

Introducción





Conclusiones

8

Índice

Análisis de cumplimiento etapa de diseño03

9

Requisito legal de cálculo en todas las líneas de tensión

superior a 57.5 kV.

Suposiciones:

• Conductores modelados como cilindros largos y rectos.

• Modelamiento de haz de conductores con un diámetro conductor

equivalente.

• Se ignoran los efectos de las corrientes de retorno a tierra.

• Se asume que el suelo es plano y todos los puntos calculados tienen la

misma elevación que la línea central.

• Se asume la tierra como un conductor perfecto.

• Permitividad igual a la del espacio libre.


10

Trayectoria real Trayectoria supuesta


11

Campo Eléctrico

Plano

de

tierra

Los CEM de líneas de transmisión (MBF) puede ser analizados

por separado, relacionando el campo eléctrico al nivel de

tensión de la línea y el campo magnético a las corrientes


12

Campo Magnético


13

Campo Magnético

Torre tipo horizontal

Campo Eléctrico


14

Campo Magnético

Torre tipo mástil circuito sencillo

Campo Eléctrico


15

Campo Magnético

Torre tipo mástil circuito doble

Campo Eléctrico

Introducción





Conclusiones

16

Índice

Análisis de cumplimiento etapa de operación04

17

Medición en líneas con tensión superior a 57,5 kV, en zonas donde

se tengan cercanía de edificaciones ya construidas.

El campo eléctrico se debe medir en fachadas de edificaciones a la

altura de los conductores más cercanos a la fachada que se

encuentre en la frontera de la servidumbre (tensión igual o mayor a

110 kV).

La densidad de flujo magnético se debe medir en líneas de

transmisión que superen 1000 A de corriente.

Análisis de cumplimiento etapa de operación04

18

Campo Magnético

Campo Eléctrico

Introducción




Determinación de exposición de CM ante

DEAT

Conclusiones

19

Índice

Controles específicos para CE05

Vs Puestas a tierra temporales

Controles específicos para CE05


DEAT05

22

Una descomposición en frecuencia (FFT) resulta en un espectro continuo por el

truncamiento de la señal y su componente continua.

𝑗=1𝐻𝑧

10 𝑀𝐻𝑧𝐻𝑗

𝐻𝑟,𝑗≤ 1

Los límites de CM en

frecuencia estacionaria no son

aplicables!!!

≠


DEAT05

23

𝑑𝐵

𝑑𝑡=𝜇02𝜋𝑥

𝑑𝑖

𝑑𝑡

Aproximación usando ley de inducción

de Faraday


DEAT05

24

𝐽 = 𝐾𝐵𝑑𝐵

𝑑𝑡 Aproximación propuesta por

ICNIRP

𝐾𝐵 = 0.064 𝐴𝑚−2𝑠𝑇−1

Un campo magnético variable en el tiempo que inducen densidades de corriente

por encima de 1 𝐴/𝑚2 en los tejidos, produce excitación de los nervios y puede

ser capaz de producir efectos biológicos irreversibles tales como fibrilación

cardiaca [ICNIRP].


DEAT

25

• Función de parámetros de rayo de acuerdo con NTC 4552

• Casos de análisis:

• 100, 150 y 200 kA; NPR I, II, III-IV para primera descarga.

• Distancias: X=5, X=1 y X= 27

• 38, 56 y 75 kA; NPR I, II, III-IV para descargas subsecuentes.

• Distancia: X=1

05


DEAT05

26

IR

I1

I2

20% IR

50% IR

80% IR

I1


DEAT05

27

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 91

01

11

21

31

41

51

61

71

81

92

02

12

22

32

42

52

62

72

82

93

0

I(kA

)

t(µs)

i(38 kA) i(56 kA) i(75 kA)

0

50

100

150

200

250

0

5,5 11

16,5 22

27,5 33

38,5 44

49,5 55

60,5 66

71,5 77

82,5 88

93,5 99

104

,5

110

115

,5

121

126

,5

132

137

,5

143

148

,5

I(kA

)

t(µs)

i(100 kA) i(150 kA) i(200 kA)

Descargas subsecuentes Primera descarga


DEAT05

28

𝑑𝐵

𝑑𝑡=𝜇02𝜋𝑥

𝑑𝑖

𝑑𝑡

I (kA) di/dt (A/s) 20% - di/dt (A/s) 50% - di/dt (A/s) 80% - di/dt (A/s)

38 7,60,E+10 1,52,E+10 3,80,E+10 6,08,E+10

56 1,12,E+11 2,24,E+10 5,60,E+10 8,96,E+10

75 1,50,E+11 3,00,E+10 7,50,E+10 1,20,E+11

I (kA) 20% - dB/dt (T/s) 50% - dB/dt (T/s) 80% - dB/dt (T/s)

38 760 1900 3040

56 1120 2800 4480

75 1500 3750 6000

Descarga subsecuente: X=5


DEAT05

29

I (kA) 20% - J

(A/m)

50% - J (A/m) 80% - J (A/m)

38 49 122 195

56 72 179 287

75 96 240 384

𝐽 = 𝐾𝐵𝑑𝐵

𝑑𝑡

𝐾𝐵 = 0.064 𝐴𝑚−2𝑠𝑇−1

Las corrientes inducidas superan por mucho el limite de 1 𝐴/𝑚2, sin embargo el

tipo de señal hace necesaria una evaluación complementaria.

Determinación de exposición de CM ante DEAT05

30

Statement on medical magnetic resonance (MR)

procedures: protection of patients – ICNIRP 2004

05 Determinación de exposición de CM ante DEAT

Ip

(kA)

dB/dt

(20%)

dB/dt

(50%)

dB/dt

(80%)

100 400 1000 1600

150 600 1500 2400

200 800 2000 3200

Primera Descarga: X=1;Tf=8 µs

14440

7240

4840

3640

29202440

20971840

1640 1480 1349 1240 1148 1069 1000 940 887 840 798 760

7220

3620

2420

18201460

1220 1049 920 820 740 675 620 574 534 500 470 444 420 399 380

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

dB

/dt (T

/s)

t(us)

Estimulo intolerable

Umbral estimulación


Ip

(kA)

dB/dt

(20%)

dB/dt

(50%)

dB/dt

(80%)

100 100 250 400

150 150 375 600

200 200 500 800

Primera Descarga: X=5;Tf=8 µs

14440

7240

4840

3640

29202440

20971840

1640 1480 1349 1240 1148 1069 1000 940 887 840 798 760

7220

3620

2420

18201460

1220 1049 920 820 740 675 620 574 534 500 470 444 420 399 380

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

dB

/dt(T

/s)

t(us)




DEAT05

33

25m

10m

Ip

(kA)

dB/dt

(20%)

dB/dt

(50%)

dB/dt

(80%)

100 15 37 59

150 22 56 89

200 30 74 119

Primera Descarga: X ≈ 27;Tf=8 µs

Umbral de estimulo intolerable 1840 [T/s]


Ip

(kA)

dB/dt

(20%)

dB/dt

(50%)

dB/dt

(80%)

38 3040 7600 12160

56 4480 11200 17920

75 6000 15000 24000

Descarga subsecuente: X=1;Tf=0,4 µs

36040

14440

7240

4840

36402920

2440 2097 1840 1640 1480 1349 1240 1148 1069 1000 940 887 840 798 760

18020

7220

3620

24201820 1460 1220 1049 920 820 740 675 620 574 534 500 470 444 420 399 380

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0,4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

dB

/dt (T

/s)

t(us)



Introducción





Conclusiones

35

Índice

Conclusiones06

36

Las recomendaciones de la ICNIRP, se han constituido en la base científica más exigente,

difundida y aceptada para la protección contra las Radiaciones no Ionizantes.

Las metodologías de simulación usadas para garantizar los niveles de exposición a CEM en el

diseño de LT tienen un enfoque conservativo, con la evaluación de los casos más críticos se

asegura el cumplimiento de los niveles de exposición a CM durante la etapa operativa.

Las descargas atmosféricas en los sistemas de transmisión pueden generar una exposición a CM

que excede los VLP en distancias cercanas al conductor que transporta la corriente de falla. Un

análisis más profundo se debe llevar a cabo teniendo en cuenta que la velocidad de la señal

podría impedir que el cuerpo humano perciba el CM, pero la magnitud del gradiente de campo y la

respectiva corriente inducida podrían tener susceptibilidad de generar daños agudos no

identificados aun.

Espacio para

preguntas

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