MASKAY 11(1), May 2021 Recibido (Received): 2020/07/03 ISSN 1390-6712 Aceptado (Accepted): 2020/08/26
DOI: 10.24133/maskay.v11i1.1724
1 MASKAY
Abstract—This paper presents the results of the simulation of the electromagnetic field on the San Rafael - El Inga 500 kV overhead transmission line using the Finite Element Method with the FEMM software. The results obtained are contrasted with the measurements made on the site. With AutoCAD, the designs of the structures were raised at 1: 1 scale, which were exported to the FEMM program to carry out the corresponding simulations of the electromagnetic field emitted by the extra high voltage transmission lines. The structures located at different altitudes above sea level were considered and different alternatives of the geometry of the transmission line were simulated to determinate the values of electric and magnetic fields in order to determinate an adequate configuration that presents low values of the electromagnetic field. Finally, through the simulations performed in the FEMM program, the resulting adequate design for an extra-high voltage transmission line is shown.
Index Terms— Electromagnetic field, Maxwell´s equations, FEMM, overhead transmission line, finite element method
Resumen—En el presente artículo se presentan los resultados de las simulaciones del campo electromagnético en la Línea de Transmisión de 500 kV San Rafael – El Inga mediante el Método de los elementos finitos en el programa FEMM. Los resultados obtenidos son contrastados con las mediciones realizadas con instrumentos de medición en el campo. Con ayuda de AutoCAD se levantaron los diseños de las estructuras a escala 1:1, mismos que fueron exportados al programa FEMM para realizar las simulaciones correspondientes del campo electromagnético emitido por las líneas de transmisión de extra alto voltaje. Se consideraron las estructuras ubicadas en diferentes altitudes sobre el nivel del mar y se simularon diferentes alternativas de la geometría de las torres de la línea de transmisión para determinar los valores del campo eléctrico y magnético hasta obtener una configuración adecuada que presente valores bajos del campo electromagnético. Finalmente, mediante las simulaciones realizadas en el programa FEMM se muestra el diseño adecuado resultante para una línea de transmisión de extra alto voltaje.
Krissia.D. Cabezas, Pedro. Jiménez, Juan. D. Ramírez, and Raúl. A. Canelos are with Departamento de Energía Eléctrica, Escuela Politécnica Nacional, Ecuador, (e-mail: krissia.crubio@outlook.com; pedrodavid.jimenezcorrales@gmail.com; juan.ramirezd@epn.edu.ec; raul.canelos@epn.edu.ec).
Palabras Claves— Campo electromagnético, ecuaciones de Maxwell, FEMM, línea de transmisión, método de elementos finitos
I. INTRODUCCIÓN
n Ecuador el sistema de transmisión de energía eléctrica al nivel de 500 kV está compuesto por dos líneas de transmisión en paralelo, de simple circuito, que parten desde la Subestación del proyecto hidroeléctrico Coca Codo Sinclair en el cantón el Chaco de la provincia de Napo y finalizan en la Subestación El Inga en el cantón Quito. La línea de transmisión tiene una longitud total de 126 km. Las rutas de las líneas atraviesan zonas con altitudes que varían entre 1200m sobre el nivel del mar (m.s.n.m.) a 4100m.
El transporte de la energía eléctrica puede ocasionar una alteración en el ambiente que genera perturbaciones debido a la presencia del campo eléctrico y magnético, respectivamente. Esta problemática actualmente causa preocupación sobre posibles afectaciones a la salud [1]. Por esta razón se han desarrollado varios estudios e investigaciones para analizar los posibles efectos que produce el campo electromagnético sobre las personas y el ambiente. Actualmente no existen evidencias científicas de los posibles daños que los campos eléctrico y magnético pueden ocasionar, sin embargo, diferentes compañías han preferido realizar técnicas de diseño que disminuyan la emisión de los mismos en las líneas eléctricas [2] con el fin de precautelar que la exposición poblacional y ocupacional a los campos no tenga efectos perjudiciales para la salud. En las líneas de trasmisión de extra alto voltaje, se espera que los valores del campo electromagnético que generan en el medio ambiente estén dentro de los límites establecidos en las normas nacionales e internacionales para campos eléctrico y magnético provenientes de fuentes de baja frecuencia (60 Hz) [3] [4].
La intensidad del campo eléctrico y magnético se ve influenciada por las condiciones propias de la configuración de la línea (disposición de la geometría de los conductores, distancia de separación entre subconductores, diámetro de cada conductor, separación entre fases, etc.) [5].
Simulación del campo electromagnético en
una línea de transmisión de extra alto voltaje
mediante el método de los elementos finitos
Simulation of the electromagnetic field in an extra high
voltage transmission line using the finite element
method
Krissia. D. Cabezas, Pedro. Jiménez, Juan. D. Ramírez, Raúl. A. Canelos
2 FE alt so pe elé ut ele 50 sim se pr ap lín va po co ele 4, en ele de re m pr 64 lar A. co alu un de ob id ub m es Ta es G G 1A con
Las simulac EMM (Finite
ternativas geo oportan las lín ermitir obtene éctrico y magn
Con esos an tilizar AutoC ectromagnétic 00 kV San Ra mulaciones co e utilizó equ roporcionados
Este artículo plicada para la nea de 500 kV alidan con las osteriormente ondiciones qu ectromagnétic resumen las n el estudio.
En esta sec ementos de la e transmisión. alizar las dife magnético por resenta el mét 44 se debe seg
rgo de las líne Estructuras Cada una de onstituida por
uminio ACAR no de acero y e tipo “cabeza bserva en la Fi La línea de t dénticos llamad
bicadas a dife máxima, una m studio dos torr
abla I present studio. CARACT Torre No. Torr No. A BUIL
GB353N 229 GB378N 254 GB103 56 Altura en metros so
nductor. 3CROSS
iones se rea Element Me ométricas de neas de transm er valores adec nético, de acu ntecedentes, e CAD y FEM
co generado p afael – El Inga on las medici uipos de m
por CELEC E o presenta en a simulación d V, la Sección s mediciones observar la ue pueden af co medido y s conclusiones
II. ME
cción se deta as estructuras u
. Se describe erentes simula medio del s todo aplicado, guir para med eas de transmis
seleccionada e las fases d r un haz de R 1100 MCM
el otro OPGW a de gato”, co ig. 1 [6]. transmisión es dos A y B. Se erentes altitud mínima y un res de retenció a ciertas carac
TA
TERÍSTICAS DE LA
re AS LT
Altitud1
(msnm)
9 4252.40 4 2976.40 1345.64 obre el nivel del m S ARM: Distancia
alizan con ay ethod Magneti configuración misión. Estas
cuados de los erdo a la norm el objetivo d MM para s por las líneas a y comparar l ones realizada medida calibr EP TRANSEL n la Sección del campo ele 3 presenta lo s realizadas a influencia
fectar la inte simulado. Fin
y recomenda
ETODOLOGÍA
allan las car utilizadas para
el procedimi aciones de los software FEM , que, según l dir el campo el
sión. s para el caso de la línea d 4 conductor M 18/19 y dos W. Las estruc onfiguración h stá conformad escogen tres des sobre el na media. Se ón y una torre d
cterísticas de
ABLAI
S ESTRUCTURAS B
APA2
(m)
Cross
ARM3
(m)
37.30 37 24.30 24 35.30 35 mar. 2APA: Altura
a del mojón a la cr
yuda del pro ics) para dife n de las torre simulaciones s niveles del c mativa existent
de este artícu simular el c s de transmisi
los resultados as en campo rados que LECTRIC.
2 la metod ctromagnético os resultados q en el campo
de las dife ensidad del c almente, la S aciones encon
racterísticas d a modelar las iento a segui campos eléct MM y a su v la norma IEE lectromagnétic
o de estudio de transmisión
res de aleaci s cables de g cturas metálic horizontal, co da por dos cir torres del circ nivel del ma escogió así p de transposici las estructura BAJO ESTUDIO Vano adelante (m) V
308.88 6 628.94 6 400.16 1 a al punto de ama ruceta.
ograma erentes es que van a campo te. ulo es campo ión de de las donde fueron dología
o en la que se o; para erentes campo ección ntradas
de los líneas ir para trico y vez se E Std. co a lo
n está ión de guarda, as son omo se rcuitos cuito B ar: una para el ón. La as bajo Vano atrás (m) 690.84 651.04 1078.7 arre del Fig. E la e Fig. B. E de 5 18/1 Ade galv
1. Estructura de
En la Fig. 2. s structura 254
2. Vista longitud
Conductores El conductor d 500 kV San R 19 ACAR ( emás, se cue vanizado de 7
suspensión tipo “
e presenta com de la Tabla I.
dinal de la estruct
s Eléctricos e fase que se u Rafael - El In (Aluminum C
nta con 2 hi 7 hilos y 3/8
“cabeza de gato”.
mo ejemplo la
tura 254.
utiliza en la lín nga es el cond
Conductor A ilos de guard ” de diámetro
MASK
.
as dimensione
nea de transmi ductor 1100 M lloy Reinforc da, uno de a o de alambre
KAY es de isión MCM ced). acero es de
3 ac co ca pr C. sof el III de va O Ai tip po Es a d To He Ai Su di ele co se se
cero y otro de ontiene hilos d able de acero g resentan en la
CARACT Conductor ACAR 1100 MCM 18/19 Acero Galvanizado 3/8” OPGW-48B4-90 . Simulación oftware FEMM
Para la simul software FEM • La simulac • El proble coordenad • Los condu • La tierra e En el modelo I para los dife e la línea de tra ariarán para aju
CARACTERÍST
Objeto Mate
islador po orcelana Ac Cem Porce structur de la orre Ac errajes Ac Alum Hie ire ai uelo
semi Se húm
En el métod scretizada en ementos, gen onectados entr e presenta en l er funciones m
fibra óptica de de fibra óptica galvanizado c Tabla II.
TA
TERÍSTICAS DE LA
Diámetro (mm)
P (k
30.65 1 9.14 0 13.4 0
de los campos M
lación de los MM se debe co
ción no es var ema se rea das cartesianas uctores tienen l s plana y es un o inicial se co erentes materia ansmisión. Sin ustar el model
TA TICAS ELECTROMA SIM riales Permit eléct Rela ero mento elana 1000 1 5.9-ero 1000 ero minio erro 1000 0 0 ire 1.0 iseco eco medo 3 1 3
o de element n pequeñas re
neralmente e re sí por punto la Fig. 3. Las matemáticas y
enominado OP a en su interio cuyas especific
ABLAII
S ESTRUCTURAS B
Peso kg/m)
Resisten (Ω/m
1.529 0.055 0.404 -- 0.509 0.055
s eléctrico y m
campos eléctr onsiderar lo si iable en el tiem liza en dos s.
longitud infini n perfecto con onsideran los ales que comp n embargo, es lo a las medici
ABLAIII AGNÉTICAS CONSI MULACIÓN tividad trica ativa Perm Ma R 0000 8 -6.5 0000 0000 0 0 1-150 006 1.0 3
5 30
tos finitos, el egiones finita en triángulo os de unión lla incógnitas del y pasan a se
PGW, el mism or y recubiert caciones técni BAJO ESTUDIO ncia m) Capacid mínima transpor (A)
57 474 -- 57 --
magnético en e
rico y magnét iguiente:
mpo.
s dimensione ita
nductor. valores de la ponen las estru stos valores lue
iones realizad
IDERADAS PARA L
meabilidad agnética Relativa Co el (M 100 10 10 1 1. 100 100 -1.00032 00-20000 00000037 12 12 12 <
área en análi as conocidas
s o cuadril amados nodos, l problema de r el valor de
mo que tos por icas se dad de rte el tico en
es en
Tabla ucturas ego de das. LA onducti vidad léctrica MS/m) 1.43 10-100 .00E-19 1.43 1.43 40.8 11.2 2 < 2.0E-7
isis es como láteros , como ejan de e estas
func valo valo elem aum prob Fig. U prop cam D. S for Fiel cam altu 1) sobr deb mita dire van Fig. [8]. 2) obte eléc inte
ciones en los ores conocido or aproximado mentos finito menta la comp
blema [7].
3. Torre de trans
Una vez discre porcionados p mpo magnético Medición del Según la norm
Measurement lds From AC mpo eléctrico y
ura de 1 metro Perfil Longitu re el nivel de en tomar al m ad del tramo ecciones de ta o [3], [8], com
4. Medición late
Perfil Latera enidos los pu ctrico medido ensidad es m
s nodos. Med s en los nodo o del modelo
s obtenidos, plejidad en el
smisión mallada e
etizado el prob por el progra o, así como vo l campo electr ma IEEE Std. t of Power Fr Power Lines, y del campo m
sobre el nivel udinal: La me l suelo parale menos cinco m o de la línea al manera que mo se presenta
eral (transversal)
al: El perfil untos más al s en el perfil mayor en la m
diante la inte os se puede lle analizado. A
mayor es la planteamiento
en FEMM.
blema, se obtie ama tanto del oltaje.
romagnético en 644-1994 Sta requency Elec , la medición magnético se d l del suelo [9]. edición debe re elo a la línea d mediciones equ
a de transmis e se cubra tod a en la Fig. 4.
y longitudinal. V
lateral debe ltos de inten l longitudinal. mitad del van
MASK erpolación de egar a conoce mayor númer a exactitud, o y resolución
enen los result campo eléct
n el sitio andard Proced ctric and Magn
de intensidad debe realizar a .
ealizarse a 1 m de transmisión uidistantes des
sión y en am da la longitud
Vista superior del
medirse una nsidad del ca . Generalmen no. Se realiz
KAY e los er un ro de pero n del
tados trico,
dures netic d del a una metro n, se de la mbas d del
l vano
vez ampo nte la za la
4 m so La de de m se lon E. ca se ele de eq En m Fig F. es Au pr ele ut ten m va co pa vo es
medición del ca obre el nivel d as mediciones el área de inte esde la ubicac menos cinco m
e realicen las m ngitud de la fr
Instrumento Existen difer ampo electrom e consideran ectromagnétic Para el presen e campos eléc quipo se presen
Por otro la nvironmental medidas de tem
g. 5. Survey Met
Procedimien Se dibujan la structuras, aisl
utoCAD en reprocesador d
ectrostático y Se colocan l tilizar. En el ner el valor d mientras que pa alor de la perm Adicionalmen onductores seg ara ello se co oltaje máximo stable, y la co
ampo eléctrico del suelo en d
deben ser rea rés y recorrer ción del últim mediciones equ
mediciones la ranja de servid os de medición rentes instrum magnético a dif
instrumento co en líneas de nte estudio se ctrico y magn nta en la Fig. 5 ado, se utili
Quality Met mperatura y hum
ter HI-3604.
nto de simulac as 3 torres se ladores, herraj
formato .d de FEMM. E problema mag os parámetros caso del pro de la permitivi ara el problem meabilidad mag nte se definen gún los voltaj
onsidera el v o de operación
ndición de bo
o y magnético dirección perpe
alizadas desde r al menos 30 mo conductor uidistantes. Es ateralmente ha dumbre [3], [8 n
mentos que ferentes frecue os para med e transmisión a e utilizó el inst nético Survey
5.
iza el equip ter 850068 q medad relativa
ción
eleccionadas c jes y conducto dxf, para lu En FEMM se
gnético. s de los mate oblema electro
idad dieléctric ma magnético
gnética. n las condicion
es de fase má voltaje pico q n de la línea orde de voltaj
o a 1 metro de endicular a la el centro de la metros lateral r, deben toma s recomendab asta que se cu 8].
permiten me encias, en este dición del c a 60 Hz. trumento de m
Meter HI-36 po Hybrid-Po que permite a del aire.
con sus respe ores a escala r uego importa escoge el pro eriales que se ostático se re ca de los mat
se requiere te nes de borde ás altos del si que correspon
por fase en e igual a cero
altura a línea. a línea lmente arse al le que ubra la
edir el e caso, campo medida 04. El owered tomar
ectivas real en ase al oblema van a equiere eriales ener el de los stema, nde al estado o en el
suel real trián F el p com med Fig. pres Esto para de l A líne obte real caso L esta cam frec valo a un P volt el m obtu de T esto P mag part resu N T O
lo. Con la in liza la discret ngulos de los e Finalmente, se programa tanto mo voltaje. Lo diante las gráf . 6, Fig. 7 y senta los resu os resultados a luego ser ana la Tabla del An III A continuación ea de transmi
enidos en la lizadas. Luego os de estudio y Los valores m ablecidos en l mpos eléctrico cuencia (60 H ores límite de n metro sobre Para realizar l taje y corrient momento que uvo el Reporte Transmisión p os valores se p Para la simu gnético se req tir de los va umen en la Tab
NIVELES DE REFER
Tipo de exposici
Público en General Personal Ocupacionalmen expuesto RESUM Estructura 254 229 56
nformación ne tización del d elementos fini e obtienen los
o del campo e os valores ob ficas que faci Fig. 8 se pu ultados del cam
se extraen en alizados y pre nexo 1. I. RESULTAD
n, se detallan sión San Raf a medición s o se realizaro y diferentes es medidos debe las normas na y magnético Hz) [3], [4]. E exposición pa el nivel del su las respectivas
e que circulab se realizaron e Post-Operati para los días en presentan en la ulación del c quieren los pa alores de la T
bla VI.
TAB
RENCIA PARA LA E MAGNÉTICO ón Intensidad del campo Eléctrico (E) (V/m) 4167
nte 8333
TAB
EN POST-OPERATI
Vo (k 515 513 490 500 500 ecesaria para dominio, dond
itos en el softw resultados pr eléctrico, cam btenidos pued ilita el softwa uede apreciar mpo eléctrico n un archivo d esentados en fo
DOS YDISCUSI
n los resultado fael – El Ing se validaron on simulacion
scenarios. en estar dentr acionales e int provenientes En la Tabla IV
ara campo eléc uelo.
s simulacione ba por la línea n las medicion ivo Diario del n los que se re a Tabla V.
campo eléctr arámetros que Tabla V. Est
LAIV
EXPOSICIÓN A CA O DE 60 HZ [3]
d o o ) Intensidad campo Magnético (A/m) 67 333 BLAV
IVO EN DÍAS DE M
ltaje kV) 5.257 3.291 0.399 0.000 0.000 MASK la simulació de se generan ware.
roporcionados mpo magnético den ser analiz are FEMM. En
cómo el sofw o o del magné
de texto plano orma de gráfic
IÓN
os obtenidos e ga. Con los d las simulaci es para difere ro de los lím ternacionales de fuentes de V se presentan
ctrico y magné es se consider de transmisió nes en el sitio l Sistema Naci ealizó la medic ico y el ca e son calculad tos parámetro
AMPOS ELÉCTRICO d del (H) Densidad de Flujo Magnétic (B) (µT) 83 417 MEDICIÓN Potencia (MVA) 405.275 360.906 428.391 414.472 419.568 KAY ón se n los s por o, así zados n las wtare ético. o .txt cos y
en la datos iones entes mites para baja n los ético ró el ón en o. Se ional ción, ampo dos a os se
O Y
d o co )
5 A.
en re pa so sim fu el el ca pe
Fig lon
PARÁMETROS
Estructura
254 229 56
Validación d Con el fin de ntre los valore lativo menor arámetros de obrepasa este mulación com uturas simulaci La Fig. 6 pre centro de la to campo eléctri De la misma ampo eléctrico enetran la supe
g. 6. Distribució ngitudinal.
TA
S PARA SIMULACIÓ
Voltaje fase-línea
(kV) m sub
420.705 400.409 408.248
de las simulac e validar la si es simulados y al 7% [10] p los materiales
error, se pue mo fijos, con
iones. esenta la distri
orre y se obse ico a nivel del manera se ob o en el suelo. erficie del suel
ón del campo ABLAVI
ÓN DEL CAMPO EL
Corriente máxima de un
bconductor en el haz (A)
160.554 178.314 171.288
ciones realizad imulación se y medidos has
or medio de l s utilizados. U eden tomar lo
el objetivo d bución del cam rva que, entre l suelo disminu
serva que, no Las líneas de lo.
eléctrico en un
LECTROMAGNÉTIC
Densidad de corriente
(MA/𝐦𝟐)
0.217604768 0.241675682 0.232153423
das
redujo la dife sta obtener un la variación d Una vez que os parámetros de ser utilizad mpo eléctrico e más alta es la
uye.
existe presenc flujo del cam
na estructura –
CO
e
8 2 3
erencia n error de los no se de la dos en desde a torre, cia del mpo no
– Vista Fig. long
Fig.
L una cam
7. Distribución itudinal.
8. Distribución d
La Fig. 7 pres estructura. Se mpo magnétic
del campo ma
del campo eléctri
enta la distrib e observa que co cerca del
agnético en una
co en una estructu
bución del cam existe una m
conductor q
MASK
a estructura –
ura – Vista transv
mpo magnétic mayor presencia
que en la pr
KAY
Vista
versal.
co en a del ropia
6 su co elé de es re (c Sa la co B. de su su qu es m tem cie re a l co co ca 1) de Fig sue la
uperficie del su orriente que ci
éctrico, las lín el suelo.
La Fig. 8 pres structura en su alizaron las m on dirección h an Rafael).
En el Anexo medición del omparados con
Casos de es Se variaron l e los condu ubconductores uelo con el fin ue pueda reduc
Estudios real s inversamente mar, mientras
mperatura y a erto que la per specto a la un
El valor del c la corriente de on presencia d onsidera la co aso, se conside Variación d el suelo – Efec
g. 9. Efecto de l elo con respecto a
Se considera Fig. 9 se rea
uelo. Todo es ircula por el co neas de flujo senta la distrib u vista transve mediciones de hacia El Inga) 1 se presenta, l campo electr n los resultado studio
los parámetro uctores, dista por haz, altu n de determina cir los valores
izados demue e proporciona que es di a la presión [
rmitividad del nidad, no lo ha
campo magné e la línea y no de objetos y p orriente máxim era la permeab de la altura de cto sobre el ca
la altura del con al campo eléctrico
una permitivi alizan dos sim
to relacionado onductor. A d
penetran fácil bución del cam ersal. Debido el campo eléc y vano atrás ( , como ejempl romagnético d os de su simula
s de la config ancia entre
ura de los co ar la configura del campo ele estran que la p
al a la altitud irectamente p
9]. Cabe dest l aire puede au ce en gran me tico es directa o sufre perturb personas. Para ma por fase d bilidad del sue
los conductor ampo eléctrico
ductor al suelo a o.
idad del aire ig mulaciones de
o con la cantid diferencia del c lmente la sup mpo eléctrico e
a que en el s ctrico vano ad (con dirección lo, los resultad de la estructur ación.
guración geom fases, númer onductores de
ación más ade ectromagnétic permitividad d d sobre el niv proporcional tacar que si b umentar o dism edida.
amente propor bación alguna a está simulac de 1894 A. E elo igual a la u res sobre el ni o
a un metro de al
gual a la unid l campo eléct
dad de campo erficie en una sitio se delante n hacia dos de ra 254
métrica ro de esde el ecuada co. del aire
vel del a la bien es minuir rcional ya sea ción se En este unidad
ivel
ltura del
ad. En trico a
dife suel eléc mie eléc resu el c dism dist dism 2) del L mag 30.1 altu dism exis la al Fig. suelo 3) con U lo l sele estr dife delt con T en l valo calib resp erentes alturas lo. La curva ctrico a una entras que la ctrico a una ultantes se obs
campo eléctr minuye. Para tancia entre lo minuye.
Variación de suelo – Efecto La Fig. 10, gnético a 18.5 193 [A/m] (3 ura, es decir a minuye a 28. ste una variaci
ltura del cond
10.Efecto de la o con respecto al
Variación de ductores Una reducción
argo de la lín ección de una ructura de tra erentes config
ta invertido figuraciones s También, en ba
la configuraci ores del campo
bre del con pectivamente.
s de los condu de color az distancia sue curva de colo distancia de serva que, a m
ico a un me a una config os conductores
la altura de lo o sobre el cam indica que 5 metros (cur
7.74 [uT]), p 19.5 metros (c 695 [A/m] (3 ión de 1.498 ductor al suelo
altura del condu campo magnético
la de la dispo
n significativa nea de transm configuración ansmisión. Se guraciones com
y fase divid se pueden obse ase al conduct
ón actual, se o electromagn nductor a 1
uctores con res zul es el resu elo conductor
or naranja rep 31.5 metros mayor altura d etro sobre el guración hori s y el suelo, e
os conductores mpo magnético
el máximo rva azul) sob ero al aumen curva azul), el 35.85 [uT]). [A/m] (1.873
en 1 metro.
uctor al suelo a u o.
osición geomét
del campo e misión se logra
n adecuada de e realizaron
mo: horizonta da. Las geo ervar con may tor ACAR 110
realiza una co nético al aume
000 MCM
MASK specto al nive ultado del ca r de 18.5 me presenta el ca . De las grá de los conduct l nivel del s izontal, a m el campo eléc
s sobre el nive o
valor del ca bre el suelo e ntar en 1 metr l campo magn
En consecue [uT]) al aume
un metro de altur
trica de los
electromagnéti a por medio d
la geometría simulaciones al, vertical, d metrías de yor detalle en
00 MCM utili omparación de
ntar y disminu y 1200 M
KAY el del ampo etros, ampo áficas tores, suelo mayor ctrico el ampo es de ro la ético ncia, entar
ra del
ico a de la en la con delta, estas [11]. zado e los uir el MCM,
7
Fig el
Fig el
Fig el
co
g. 11.Campo Elé conductor ACAR
g. 12.Campo Elé conductor ACAR
g. 13.Campo Elé conductor ACAR
De las Fig. onfiguración
éctrico con difere R 1000 MCM.
éctrico con difere R 1100 MCM.
éctrico con difere R 1200MCM.
11, Fig. 12 que reduce
entes configuracio
entes configuracio
entes configuracio
y Fig. 13 se considerablem
ones de conducto
ones de conducto
ones de conducto
e determina q mente el valo
ores con
ores con
ores con
que la or del
cam
Fig. el co
D con con
Fig. el co
mpo eléctrico e
14.Campo Magn onductor ACAR 1
De las Fig. 1 figuración ade figuración del
15.Campo Magn onductor ACAR 1
es la configura
nético con diferen 000 MCM.
4, Fig. 15 y ecuada para re lta invertido.
nético con diferen 100 MCM.
ación vertical.
ntes configuracion
y Fig. 16 se educir el camp
ntes configuracion
MASK
nes de conductore
determina qu po magnético
nes de conductore
KAY
es con
ue la es la
8 Fig el co alt va ve ge ex po elé ca la co co 4) el ob ele 17 y n 4. nú co su qu co M su el nú su se ap
g. 16.Campo Ma conductor ACAR
Tanto para el onfiguración h
tos.
En resumen, alores del ca ertical. A pes eometría es xclusivamente or lo que, en éctrico son las
Por otro lado ampo eléctrico superficie d orona disminu on la formació Cambio núm Se han consi
número “n” bservar cómo ectromagnétic 700 MCM por n=5 conductor 1) Campo eléc úmero de subc
En la Fig.17 onductor a 1 m ubconductores
ue representa onductores por MCM. Mientras
uperior. En efecto, co campo eléctri úmero de sub uelo aumenta. e presentan e preciarse la var
agnético con difer R 1200 MCM.
l campo eléctr horizontal es la geometría ampo electro sar de que p delta inve de la corrien n este sentid s que deciden o, se puede pen
o cerca del con el conductor uye y por ende ón de este fenó mero de subco iderado difere de subcondu afecta este pa co. Se han c r haz, n=4 con
res de 800 MC ctrico, configu conductores en se observa el metro de altu
dentro del ha el menor cam r haz los mism s que para n = onforme el diá ico a nivel del bconductores,
Los resultado en la Tabla V
riación porcen
rentes configuraci
rico como el c la que produ adecuada que magnético es para campo m ertida, este nte que circul do, las simula
la geometría a nsar que, al di nductor, el gra
reduciría, po e reduzcan las ómeno. onductores por entes calibres uctores en el arámetro en lo considerado n nductores de 1 CM por haz. uración horizo n el haz, difere campo eléctri ura sobre el su az. Se puede ap mpo eléctrico e mos que tienen = 4 y n = 5, el ámetro del co l suelo aumen el campo el os de algunos VII, y en la ntual de estos
iones de conducto
campo magnét uce los valore e podría redu s la configu magnético la campo de la por el cond aciones del c adecuada. isminuir el val adiente potenc or lo que el s pérdidas aso r haz:
de conductor haz a fin de s valores del c n=3 conductor 1100 MCM po ontal, diferente entes calibres
ico obtenido b uelo para dife preciar que, la es la que pose n un calibre de l campo eléctr onductor dism nta. Si se aume
léctrico a niv puntos de la F
Tabla VIII campos eléctr
ores con
tico, la es más cir los uración mejor epende ductor, campo lor del cial en efecto ociadas según poder campo res de or haz, e bajo el erentes a curva ee n=3 e 1700 rico es minuye, enta el vel del Fig.17 puede ricos. Fig. MCM VAR 4.2) núm E mag haz no p ama pres Esto es e nive
17.Campo eléctr M, n = 5; ACAR
VALORES DEL
Longitud (m) 0 25.50 50.33 75.17 100.00
RIACIÓN DEL CAM
Longitud (m) 0 25.50 50.33 75.17 100.00
) Campo mag mero de subcon En la Fig. 18
gnético respec . En la Fig. 18 presentan may arillo que es senta la mayo o quiere decir el que menor c el del suelo.
rico con conducto 1700 MCM, n = TABL CAMPO ELÉCTRIC CONDUCTOR n=3 696.37 4437.5 7397.3 4153.2 646.44 TABL
MPO ELÉCTRICO CO H ΔE n -2 -4 -4 -5 -6 gnético, config nductores en e
se aprecia e cto al número 8 se indica que yores cambios
la que pos or brecha en c r que, el arreg campo magnét
or ACAR 1100 M 3.
LAVII
CO EN (V/M) PARA RES POR HAZ
n=4
7 716.07 8 4634.4 2 7770.8 8 4394.4 4 688.6 LAVIII
ON RELACIÓN A N HAZ E (%) n=3 2.75 4.25 4.81 5.49 6.13 guración horiz el haz, diferen el cambio del o de subcondu
e las curvas d s, mientras que
ee 5 subcon omparación c glo de 5 subco tico presenta a
MASK
MCM, n = 4; ACAR
A N=3, N=4, N=5
n=5
74 758.94 46 4878.9 89 8119.46 42 4514.47 67 670.77
N=4 CONDUCTORE
ΔE (%)
n=5 5.99 5.27 4.48 2.74 -2.59 ontal, diferent ntes calibres
valor del ca uctores dentro
e color azul y e la curva de c
ductores por con n = 3 y n onductores por a un metro sob
KAY R 800 4 9 4 8 7 ES POR te ampo o del y rojo color haz = 4. r haz bre el
9
Fig 80
en po aju pr lo de
re
V
g. 18.Campo ma 0 MCM, n = 5; A
Los resultado n la Tabla IX orcentual de es
El número de usta en la red resente estudio s mismos que Por lo tanto, el campo elect • 3 subcondu • Configurac • Calibre del La Fig. 19 pr sultante.
VALORES DEL
Longitud (m
0 25.50 50.33 75.17 100.00
VARIACIÓN DEL CA
Longitud (m)
0 25.50 50.33
75.17 100.00
agnético con cond ACAR 1700 MCM
os de algunos y en la Tabla stos campos m e subconducto ducción del c o es el haz co tienen un cali la configuraci tromagnético e uctores por ha ción vertical S l conductor: 1 resenta la dim
TA
L CAMPO MAGNÉ CONDUCT
m) n=3
7.86 17.0 21.3 16.7 7.86
TA
AMPO MAGNÉTIC PO
) Δ
ductor ACAR 110 M, n = 3.
puntos de la a X puede apr magnéticos.
ores dentro de campo electro onformado po ibre de 1700 M ión óptima qu es:
az S = T
700 MCM 42/ mensión de la
ABLAIX
ÉTICO EN (A/M) PA TORES POR HAZ
n=4
69 7.9 029 17.
29 21.4 775 16.9 69 7.9
ABLAX
CO O CON RELACIÓ OR HAZ
ΔE (%)
n=3
-0.49 -0.51 -.048 -0.78 -0.49
00 MCM, n = 4;
Fig.18 se pre reciarse la var el haz que me omagnético, p or 3 subcondu MCM. ue reduce los v
/19
estructura ade
ARA N=3, N=4, N=
4 n=5
908 6.8 117 14.9 432 18.7 907 14.6 908 6.8
ÓN A N=4 CONDUC
ΔE (%)
n=5
-13.99 -12.93 -12.29 -13.14 -13.88
; ACAR
esentan riación ejor se para el uctores valores
ecuada
=5
5
01 903 797 684 10
CTORES
Fig.
L simu de simu perm la u otro de t aire cam F con subc con eléc adec tal mag esta E eléc encu IEE el A V/m norm fuer APA suel 35 mag den
L
19.Configuración
La medición mulados y medi
hasta el 7%, mulaciones el meabilidad de unidad a condi o lado, al med
transmisión se e, densidad de mpo electromag Factores com
ductores, la conductores p ductor produc ctrico y magn cuado diseño
manera que gnético se enc ablecidos en la En las estruct ctrico y magn uentran dentr EE Std. 644-19
Anexo 1, el v m el cual exc
ma que es de ra de los límit A de los cond lo, mientras qu y 37 metros, gnético en la tro del límite e Las diferentes
n vertical, simple
IV. CONC
en el sitio p idos en este ar , como se ap
parámetro aj el aire y suelo ciones estánda dir en el lugar
e tienen difer el aire, que t gnético. mo la config
distancia e por haz, la alt
ce una variac nético bajo u
involucra tom los valores cuentren dentr as normas rela
turas 56 y 22 nético a 1 me
ro de los val 994. Sin emba alor medido d cede el valor d e 4167 V/m.
tes puesto qu ductores es d ue el APA de , respectivam as tres estruc establecido po s configuracio
e circuito. CLUSIONES
permitió contr rtículo. Se obtu precia en el
justable es l que son valor ar de presión y r donde se enc rentes tempera tienen influen guración geo entre fases, tura desde el ción en los v
una línea de mar en cuenta s de los cam
ro de los lími acionadas.
29 los valore etro sobre el n
ores estableci argo, para la del campo elé de campo elé
En este caso e la altura de de 24 metros
las estructura ente. Por otr cturas analiza or la norma qu ones simulada
MASK rastar los val uvo una tolera Anexo 1, en la permitivida res aproximad y temperatura cuentran las lí aturas, presión ncia directa e ométrica de el número nivel del sue valores del ca transmisión. estos aspecto mpos eléctric ites de exposi es de los cam
nivel del suel idos en la no estructura 254 éctrico es de 4 ctrico dado p , dicho valor l punto de am sobre el nive as 56 y 229 so
o lado, el ca adas se encue ue es de 67 A/m
as de la líne
KAY lores ancia n las ad y dos a a. Por íneas n del en el los de lo al ampo . Un os de co y ición mpos lo se orma 4, en 4800 or la está marre l del on de ampo entra m. a de
10 MASKAY transmisión demuestran que, para una reducción en el valor
del campo eléctrico y magnético, la disposición geométrica más adecuada es el arreglo de fases de manera vertical. El campo magnético al depender principalmente de la corriente que circula por el conductor no es un factor que decide al momento de seleccionar una configuración adecuada. Lo contrario ocurre con el campo eléctrico que al depender del voltaje de la línea de transmisión puede reducirse según la disposición geométrica de fases utilizada.
Al modificar el número de subconductores del haz en una configuración horizontal con calibre 1100 MCM se tiene que a menor número de subconductores el campo eléctrico es menor, esto se puede apreciar en la Tabla VIII. En este caso, para n = 3 el campo eléctrico disminuye en un máximo de 6.13%, mientras que para n = 5 el campo eléctrico aumenta hasta en un 5.98%, comparados con n = 4. En el caso del campo magnético, en las Tablas IX y X se puede observar que para el campo magnético, con 3 subconductores en el haz el campo magnético disminuye muy poco, mientras que para n = 5 el campo magnético disminuye mucho más. Las variaciones respecto a n = 4 no sobrepasan el 1% para el caso de n=3, pero llegan hasta un 13.99% para n=5.
REFERENCIAS
[1] J. Z. Vernieri, P. L. Arnera y M. B. Barbieri, «Aspectos ambientales de campos eléctricos y magnéticos en líneas de alta tensión,» Congreso Internacional de Distribución Eléctrica CIDEL Argentina 2002, p. 7, 2002.
[2] R. J. Caola, D. W. Deno y V. S. W. Dymek, «Measurements of electric and magnetic fields in and around homes near a 500 kV transmission line,» IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vols. 1 de 2 PAS-102, nº 10, pp. 3338-3347 , Octubre 1983.
[3] R. Oficial, Norma de Radiaciones No Ionizantes de Campos Electromagnéticos, Quito: Editora Nacional, 2007, p. 80.
[4] ICNIRP, «Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (Up to 300 GHz), » pp. 494-515, 1998.
[5] B. Mena, Efecto corona en líneas de transmisión de 500 kV, Quito: Escuela Politécnica Nacional, 2008.
[6] C. E. Transeselectric, Estudio de impacto ambiental definitivo. Sistema de transmisión de extra alta tensión y sistemas asociados, Quito, 2013, p. 50.
[7] D. Meeker, Finite Element Method Magnetics, 4.2 ed., 2015
[8] IEEE Std. 644-1994, «Standard Procedures for Measurement of Power Frequency Electric and Magnetic Fields from AC Power Lines, » p. 31, 1994.
[9] K. A. Dao, V. P. Tran y C. D. Nguyen, «The Wireless Power Transmission Environment from GEO to the Earth and Numerical Estimation of Relative Permittivity vs. the Altitude in the Neutral and Ionized Layers of the Earth Atmosphere,» de International Conference on Advanced Technologies for Communications, 2014.
[10] S. Word, S. Ghania y E. Shaalan, «Three-Dimensional Electric Field Calculation and Measurements inside High Voltage Substations, » p. 4. [11] Cabezas Rubio, K. D., yJiménez Corrales, P. D. Modelación,
simulación y medición de los campos electromagnéticos en una línea de extra alto voltaje mediante el método de elementos finitos, caso de aplicación a línea de transmisión de 500 kV San Rafael–El Inga, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2019.
11 MASKAY ANEXO 1
CAMPO ELÉCTRICO
Perfil Longitudinal
Vano adelante
Ubicación del punto
de medición Distancia recorrida del vano [m]
E [kV/m] a 1 metro de altura
%Error
Medido Simulado
0 Dentro de la torre 0.1731 0.180358 4.19 1 5 3.7146 3.84 3.29 2 10 3.58535 3.79 5.66 3 15 2.92425 2.85 2.42 4 20 2.72626 2.80 2.58 5 25 2.67547 2.81 5.10 6 30 2.13762 2.09 2.06 7 35 1.98801 2.12 6.53 8 40 1.95445 2.06 5.59 9 45 1.35278 1.44 6.63 10 50 1.3506 1.41 4.11 11 60 0.93152 0.92 1.53 12 70 0.55821 0.57 2.44 13 80 0.49477 0.51 3.52 14 90 0.28832 0.277848 3.63 15 100 0.35263 0.373109 5.81 16 110 0.21973 0.21 5.77 17 120 0.19725 0.20 0.28 18 130 0.15942 0.17 5.45 19 140 0.10136 0.10 5.38
Vano atrás
Ubicación del punto
de medición Distancia recorrida del vano [m]
E [kV/m] a 1 metro de altura
%Error
Medido Simulado
0 Dentro de la torre 0.172214 0.180358 4.73 1 5 2.68541 2.85 6.08 2 10 3.75285 4.01 6.96 3 15 3.86284 4.02 4.17 4 20 3.87641 4.10 5.65 5 25 3.77412 4.02 6.44 6 30 2.65432 2.71 2.17 7 35 1.31263 1.27445 2.91 8 40 1.35642 1.28 5.98 9 45 1.37136 1.28613 6.21 10 50 1.32782 1.27 4.32
12 MASKAY
11 60 1.0221 0.96 6.50 12 70 0.43623 0.41 6.35 13 80 0.38928 0.41 6.56 14 90 0.36425 0.39 6.38 15 100 0.25478 0.24 4.96 16 110 0.23621 0.25 3.88 17 120 0.14838 0.16 4.96 18 130 0.11025 0.11 2.85 19 140 0.10124 0.11 6.78 20 150 0.09615 0.10 3.90
DENTRO DE LA TORRE
Lado izquierdo Campo Eléctrico
Ubicación del punto
de medición Distancia recorrida del vano [m]
E [kV/m] a 1 metro de altura %Error
Medido Simulado
1 10 4.69 4.439 5.35 2 20 4.8 4.891 1.90 3 30 2.79 2.848 2.08
Lado derecho Campo Eléctrico
Ubicación del punto
de medición Distancia recorrida del vano [m]
E [kV/m] a 1 metro de altura %Error
Medido Simulado
1 10 3.812 4.069 6.74 2 20 2.321 2.251 3.02 3 30 1.71 1.605 6.14
Lado izquierdo Campo Magnético
Ubicación del punto
de medición Distancia recorrida del vano [m]
B [uT] a 1 metro de altura %Error
Medido Simulado
1 10 9.5725 9.91 3.50 2 20 7.65125 7.94 3.78 3 30 6.655 6.82 2.42
Lado derecho Campo Magnético
Ubicación del punto
de medición Distancia recorrida del vano [m]
B [uT] a 1 metro de altura %Error
Medido Simulado
1 10 11.12 11.80 6.12 2 20 7.15625 7.38 3.07 3 30 5.3425 5.63 5.45