simulation of the electromagnetic field in an extra high...
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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: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]).
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
E
2
FEaltsopeelé
utele50simsepr
aplínvapocoele4, en
elederempr64lar
A.
coaluundeob
idubmesTaes
GG
1Acon
Las simulacEMM (Finite ternativas geo
oportan las línermitir obteneéctrico y magnCon esos an
tilizar AutoCectromagnétic00 kV San Ramulaciones co
e utilizó equroporcionados
Este artículoplicada para lanea de 500 kValidan con lasosteriormente ondiciones quectromagnéticresumen las
n el estudio.
En esta secementos de lae transmisión.alizar las dife
magnético por resenta el mét44 se debe segrgo de las líne
Estructuras Cada una de
onstituida poruminio ACARno de acero y e tipo “cabezabserva en la Fi
La línea de tdénticos llamadbicadas a dife
máxima, una mstudio dos torrabla I presentstudio.
CARACT
Torre No.
TorrNo. ABUIL
GB353N 229GB378N 254
GB103 56
Altura en metros sonductor. 3CROSS
iones se reaElement Me
ométricas de neas de transmer valores adecnético, de acuntecedentes, e
CAD y FEMco generado pafael – El Ingaon las mediciuipos de mpor CELEC E
o presenta ena simulación dV, la Sección s mediciones
observar laue pueden afco medido y s
conclusiones
II. ME
cción se detaas estructuras u. Se describe erentes simula
medio del stodo aplicado,guir para medeas de transmis
seleccionadae las fases dr un haz de R 1100 MCMel otro OPGW
a de gato”, coig. 1 [6]. transmisión esdos A y B. Seerentes altitudmínima y unres de retencióa ciertas carac
TATERÍSTICAS DE LAre AS LT
Altitud1 (msnm)
9 4252.40 4 2976.40
1345.64
obre el nivel del mS ARM: Distancia
alizan con ayethod Magneti
configuraciónmisión. Estas cuados de loserdo a la normel objetivo dMM para spor las líneasa y comparar lones realizada
medida calibrEP TRANSELn la Sección del campo ele
3 presenta los realizadas a influencia fectar la intesimulado. Fin y recomenda
ETODOLOGÍA allan las carutilizadas parael procedimi
aciones de los software FEM, que, según l
dir el campo elsión.
s para el casode la línea d
4 conductorM 18/19 y dosW. Las estruconfiguración h
stá conformad escogen tres
des sobre el na media. Se ón y una torre dcterísticas de
ABLA I S ESTRUCTURAS B
APA2 (m)
Cross ARM3
(m) 37.30 37 24.30 24
35.30 35
mar. 2APA: Alturaa del mojón a la cr
yuda del proics) para difen de las torresimulaciones
s niveles del cmativa existentde este artícusimular el cs de transmisilos resultados as en campo rados que
LECTRIC. 2 la metod
ctromagnéticoos resultados q
en el campode las dife
ensidad del calmente, la Saciones encon
racterísticas da modelar las iento a seguicampos eléct
MM y a su vla norma IEElectromagnétic
o de estudio de transmisiónres de aleacis cables de gcturas metálichorizontal, co
da por dos cirtorres del circnivel del maescogió así pde transposicilas estructura
BAJO ESTUDIO Vano
adelante (m)
V
308.88 6628.94 6
400.16 1
a al punto de amaruceta.
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.
Ela e
Fig.
B.E
de 518/1Adegalv
1. Estructura de
En la Fig. 2. sstructura 254
2. Vista longitud
ConductoresEl conductor d500 kV San R19 ACAR (emás, se cuevanizado de 7
suspensión tipo “
e presenta comde la Tabla I.
dinal de la estruct
s Eléctricos e fase que se u
Rafael - El In(Aluminum Cnta con 2 hi7 hilos y 3/8
“cabeza de gato”.
mo ejemplo la
tura 254.
utiliza en la línnga es el condConductor Ailos de guard” de diámetro
MASK
.
as dimensione
nea de transmiductor 1100 Mlloy Reinforcda, uno de ao de alambre
KAY
es de
isión MCM ced). acero es de
3
accocapr
C.sof
el
IIIdeva
O
AitippoEsa dTo
He
Ai
Su
dielecosese
cero y otro de ontiene hilos dable de acero gresentan en la
CARACT
Conductor
ACAR 1100 MCM 18/19
Acero Galvanizado
3/8” OPGW-48B4-90
. Simulación oftware FEMM
Para la simulsoftware FEM• La simulac• El proble
coordenad• Los condu• La tierra eEn el modelo
I para los difee la línea de traariarán para aju
CARACTERÍST
Objeto Mate
islador po orcelana
AcCemPorce
structurde la orre
Ac
errajes Ac
AlumHie
ire ai
uelo semi
Sehúm
En el métodscretizada enementos, gen
onectados entre presenta en ler funciones m
fibra óptica dede fibra ópticagalvanizado cTabla II.
TATERÍSTICAS DE LA
Diámetro
(mm) P
(k
30.65 1
9.14 0
13.4 0
de los camposM lación de los
MM se debe coción no es varema se rea
das cartesianasuctores tienen ls plana y es uno inicial se co
erentes materiaansmisión. Sinustar el model
TATICAS ELECTROMA
SIM
riales
PermiteléctRela
ero mento
elana
10001
5.9-
ero 1000
ero minio erro
100000
ire 1.0
iseco eco medo
313
o de elementn pequeñas reneralmente e
re sí por puntola Fig. 3. Las matemáticas y
enominado OPa en su interiocuyas especific
ABLA II S ESTRUCTURAS B
Peso kg/m)
Resisten
(Ω/m
1.529
0.055
0.404 --
0.509 0.055
s eléctrico y m
campos eléctronsiderar lo siiable en el tiemliza en dos
s. longitud infinin perfecto cononsideran los ales que compn embargo, eslo a las medici
ABLA III AGNÉTICAS CONSI
MULACIÓN tividad trica ativa
PermMaR
0000 8 -6.5
0000
0000 0 0
1-150
006 1.0
3 5
30
tos finitos, el egiones finitaen triángulo
os de unión llaincógnitas dely pasan a se
PGW, el mismor y recubiertcaciones técni
BAJO ESTUDIO
ncia m)
Capacidmínima transpor
(A)
57
474
--
57 --
magnético en e
rico y magnétiguiente: mpo. s dimensione
ita nductor. valores de la
ponen las estrustos valores lueiones realizad
IDERADAS PARA L
meabilidad agnética
Relativa
Co
el(M
100 10 10
11.
100
100 -1.00032 00-20000
00000037
12 12 12
<
área en análias conocidas s o cuadril
amados nodos,l problema der el valor de
mo que tos por icas se
dad de rte
el
tico en
es en
Tabla ucturas ego de
das.
LA
onductividad 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
funcvalovaloelemaumprob
Fig.
Upropcam
D.S
for Fielcamaltu1)sobrdebmitadirevan
Fig. [8].
2)obteelécinte
ciones en losores conocidoor aproximadomentos finitomenta la compblema [7].
3. Torre de trans
Una vez discreporcionados p
mpo magnético
Medición delSegún la norm
Measurementlds From AC
mpo eléctrico yura de 1 metro
Perfil Longiture el nivel deen tomar al mad del tramoecciones de tao [3], [8], com
4. Medición late
Perfil Lateraenidos los puctrico medidoensidad es m
s nodos. Meds en los nodoo del modelo s obtenidos,
plejidad en el
smisión mallada e
etizado el probpor el prograo, así como vo
l campo electrma IEEE Std. t of Power FrPower Lines,
y del campo msobre el nivel
udinal: La mel suelo parale
menos cinco mo de la líneaal manera quemo se presenta
eral (transversal)
al: El perfil untos más als en el perfil
mayor en la m
diante la inteos se puede lleanalizado. A mayor es laplanteamiento
en FEMM.
blema, se obtieama tanto deloltaje.
romagnético en644-1994 Sta
requency Elec, la medición magnético se dl del suelo [9].edición debe reelo a la línea d
mediciones equa de transmise se cubra toda en la Fig. 4.
y longitudinal. V
lateral debe ltos de intenl longitudinal.mitad del van
MASK
erpolación deegar a conocemayor númera exactitud, o y resolución
enen los result campo eléct
n el sitio andard Procedctric and Magn
de intensidaddebe realizar a. ealizarse a 1 mde transmisión
uidistantes dessión y en amda la longitud
Vista superior del
medirse una nsidad del ca. Generalmenno. 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
msoLadedemselon
E.
caseele
deeq
Enm
Fig
F.
esAuprele
uttenmva
copavoes
medición del caobre el nivel das medicionesel área de inteesde la ubicac
menos cinco me realicen las mngitud de la fr
InstrumentoExisten difer
ampo electrome consideran ectromagnéticPara el presen
e campos elécquipo se presen
Por otro lanvironmental
medidas de tem
g. 5. Survey Met
ProcedimienSe dibujan la
structuras, aislutoCAD en reprocesador dectrostático y Se colocan l
tilizar. En el ner el valor d
mientras que paalor de la perm
Adicionalmenonductores segara ello se cooltaje máximostable, y la co
ampo eléctricodel suelo en d deben ser rearés y recorrer ción del últim
mediciones equmediciones laranja de servid
os de mediciónrentes instrum
magnético a difinstrumento
co en líneas dente estudio sectrico y magnnta en la Fig. 5ado, se utili
Quality Metmperatura y hum
ter HI-3604.
nto de simulacas 3 torres seladores, herraj
formato .dde FEMM. Eproblema magos parámetroscaso del pro
de la permitiviara el problem
meabilidad magnte se definengún los voltajonsidera el v
o de operaciónndición de bo
o y magnéticodirección perpealizadas desde r al menos 30 mo conductoruidistantes. Esateralmente hadumbre [3], [8
n mentos que ferentes frecue
os para mede transmisión ae utilizó el instnético Survey 5. iza el equipter 850068 qmedad relativa
ción eleccionadas cjes y conducto
dxf, para luEn FEMM se gnético. s de los mate
oblema electroidad dieléctric
ma magnético gnética.
n las condiciones de fase mávoltaje pico qn de la línea orde de voltaj
o a 1 metro deendicular a lael centro de lametros lateral
r, deben tomas recomendabasta que se cu8].
permiten meencias, en estedición del ca 60 Hz. trumento de mMeter HI-36
po Hybrid-Poque permite a del aire.
con sus respeores a escala ruego importa
escoge el pro
eriales que se ostático se reca de los matse requiere te
nes de borde ás altos del sique corresponpor 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
suelrealtrián
Fel pcommedFig.presEstoparade l
Alíneobterealcaso
Lestacamfrecvaloa un
Pvoltel mobtude Testo
Pmagpartresu
N
T
O
lo. Con la inliza la discretngulos de los e
Finalmente, seprograma tantomo voltaje. Lodiante las gráf. 6, Fig. 7 ysenta los resuos resultados a luego ser anala Tabla del An
IIIA continuaciónea de transmienidos en lalizadas. Luegoos de estudio y
Los valores mablecidos en lmpos eléctrico cuencia (60 Hores límite de n metro sobre Para realizar ltaje y corrientmomento que uvo el ReporteTransmisión pos valores se pPara la simugnético se reqtir de los vaumen en la Tab
NIVELES DE REFER
Tipo de exposici
Público en General Personal
Ocupacionalmenexpuesto
RESUM
Estructura
254 229
56
nformación netización del delementos fini
e obtienen loso del campo eos valores obficas que faciFig. 8 se pu
ultados del camse extraen enalizados y prenexo 1.
I. RESULTAD
n, se detallan sión San Raf
a medición so se realizaroy diferentes esmedidos debelas normas nay magnético
Hz) [3], [4]. Eexposición pael nivel del sulas respectivase que circulabse realizaron
e Post-Operatipara los días enpresentan en laulación del cquieren los paalores de la Tbla VI.
TABRENCIA PARA LA E
MAGNÉTICO
ón Intensidaddel campoEléctrico(E) (V/m)
4167
nte 8333
TABEN POST-OPERATI
Vo(k
515513490500500
ecesaria para dominio, donditos en el softw resultados preléctrico, cambtenidos puedilita el softwauede apreciar mpo eléctrico
n un archivo desentados en fo
DOS Y DISCUSI
n los resultadofael – El Ingse validaron on simulacionscenarios. en estar dentracionales e intprovenientes
En la Tabla IVara campo elécuelo. s simulacione
ba por la línea n las medicionivo Diario deln los que se rea Tabla V. campo eléctrarámetros queTabla V. Est
LA IV EXPOSICIÓN A CA
O DE 60 HZ [3] d o
o )
Intensidadcampo
Magnético (A/m)
67 333
BLA V IVO EN DÍAS DE Mltaje
kV) 5.257 3.291 0.399 0.000 0.000
MASK
la simulacióde se generanware. roporcionados
mpo magnéticoden ser analizare FEMM. En
cómo el sofwo o del magnéde texto planoorma de gráfic
IÓN os obtenidos ega. Con los d
las simulacies para difere
ro de los límternacionales de fuentes de
V se presentanctrico y magné
es se considerde transmisió
nes en el sitiol Sistema Naciealizó la medic
ico y el cae son calculadtos parámetro
AMPOS ELÉCTRICO
d del
(H)
Densidadde 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.
enrepasosimfu
el el
cape
Figlon
PARÁMETROS
Estructura
254
229
56
Validación dCon el fin de
ntre los valorelativo menor
arámetros de obrepasa este mulación com
uturas simulaciLa Fig. 6 precentro de la tocampo eléctriDe la misma
ampo eléctricoenetran la supe
g. 6. Distribucióngitudinal.
TAS PARA SIMULACIÓ
Voltaje fase-línea
(kV)
msub
420.705
400.409
408.248
de las simulace validar la sies simulados yal 7% [10] plos materialeserror, se pue
mo fijos, con iones.
esenta la distriorre y se obseico a nivel delmanera se ob
o en el suelo. erficie del suel
ón del campo
ABLA VI ÓN DEL CAMPO EL
Corriente máxima de un bconductor en
el haz (A)
160.554
178.314
171.288
ciones realizadimulación se y medidos hasor medio de ls utilizados. Ueden tomar lo
el objetivo d
bución del camrva que, entre
l suelo disminuserva que, no Las líneas de lo.
eléctrico en un
LECTROMAGNÉTIC
Densidad decorriente (MA/𝐦𝟐)
0.217604768
0.241675682
0.232153423
das redujo la difesta obtener unla variación dUna vez que os parámetros de ser utilizad
mpo eléctricoe más alta es lauye. existe presencflujo 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.
Luna cam
7. Distribución itudinal.
8. Distribución d
La Fig. 7 presestructura. Se
mpo magnétic
del campo ma
del campo eléctri
enta la distribe observa queco cerca del
agnético en una
co en una estructu
bución del cam existe una mconductor q
MASK
a estructura –
ura – Vista transv
mpo magnéticmayor presenciaque en la pr
KAY
Vista
versal.
co en a del ropia
6
sucoeléde
esre(cSa
la co
B.
desusuqu
esmtemciere
a lcococa1)de
Figsue
la
uperficie del suorriente que ciéctrico, las línel suelo.
La Fig. 8 presstructura en sualizaron las mon dirección han Rafael). En el Anexo medición del
omparados con
Casos de esSe variaron l
e los conduubconductores uelo con el finue pueda reduc
Estudios reals inversamente
mar, mientras mperatura y aerto que la perspecto a la unEl valor del c
la corriente deon presencia donsidera la coaso, se conside Variación d
el suelo – Efec
g. 9. Efecto de lelo con respecto a
Se considera Fig. 9 se rea
uelo. Todo esircula por el coneas de flujo
senta la distribu vista transvemediciones dehacia El Inga)
1 se presenta,l campo electrn los resultado
studio los parámetro
uctores, distapor haz, altu
n de determinacir los valoresizados demuee proporciona
que es dia la presión [rmitividad del
nidad, no lo hacampo magnée la línea y node objetos y porriente máximera la permeabde la altura de cto sobre el ca
la altura del conal campo eléctrico
una permitivializan dos sim
to relacionadoonductor. A dpenetran fácil
bución del camersal. Debido el campo eléc
y vano atrás (
, como ejemplromagnético d
os de su simula
s de la configancia entre ura de los coar la configura del campo ele
estran que la pal a la altitudirectamente p9]. Cabe destl aire puede auce en gran metico es directa
o sufre perturbpersonas. Parama por fase dbilidad del sue
los conductorampo eléctrico
ductor al suelo ao.
idad del aire igmulaciones de
o con la cantiddiferencia del clmente la sup
mpo eléctrico ea que en el s
ctrico vano ad(con dirección
lo, los resultadde la estructuración.
guración geomfases, númer
onductores deación más adeectromagnétic
permitividad dd sobre el nivproporcional tacar que si bumentar o dismedida. amente proporbación alguna a está simulacde 1894 A. Eelo igual a la ures sobre el nio
a un metro de al
gual a la unidl 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
difesuelelécmieelécresuel cdismdistdism
2)del
Lmag30.1altudismexisla al
Fig. suelo
3)con
Ulo lseleestrdifedeltcon Ten lvalocalibresp
erentes alturaslo. La curva ctrico a una entras que la ctrico a una ultantes se obscampo eléctrminuye. Paratancia entre lominuye.
Variación de suelo – EfectoLa Fig. 10, gnético a 18.5193 [A/m] (3
ura, es decir a minuye a 28.ste una variaciltura del cond
10. Efecto de la o con respecto al
Variación de ductores
Una reducciónargo de la lín
ección de una ructura de traerentes configta invertido figuraciones s
También, en bala configuraciores del campobre del con
pectivamente.
s de los condude color az
distancia suecurva de colodistancia de
serva que, a mico a un me
a una configos conductores
la altura de loo sobre el cam
indica que 5 metros (cur7.74 [uT]), p19.5 metros (c695 [A/m] (3ión de 1.498
ductor al suelo
altura del conducampo magnético
la de la dispo
n significativa nea de transmconfiguraciónansmisión. Seguraciones com
y fase dividse pueden obsease al conductón actual, se o electromagnnductor a 1
uctores con reszul es el resuelo conductoror naranja rep
31.5 metrosmayor altura detro sobre elguración horis y el suelo, e
os conductoresmpo magnético
el máximo rva azul) sobero al aumencurva azul), el35.85 [uT]). [A/m] (1.873 en 1 metro.
uctor al suelo a uo.
osición geomét
del campo emisión se logran adecuada de e realizaron mo: horizontada. Las geoervar con maytor ACAR 110realiza una co
nético al aume000 MCM
MASK
specto al niveultado del car de 18.5 mepresenta el ca. De las grá
de los conductl nivel del sizontal, a mel campo eléc
s sobre el niveo valor del ca
bre el suelo entar en 1 metrl campo magnEn consecue[uT]) al aume
un metro de altur
trica de los
electromagnétia por medio dla geometría simulaciones al, vertical, dmetrías de
yor detalle en 00 MCM utiliomparación dentar y disminuy 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
Figel
Figel
Figel
co
g. 11. Campo Eléconductor ACAR
g. 12. Campo Eléconductor ACAR
g. 13. Campo Eléconductor ACAR
De las Fig. onfiguración
éctrico con difereR 1000 MCM.
éctrico con difereR 1100 MCM.
éctrico con difereR 1200MCM.
11, Fig. 12 que reduce
entes configuracio
entes configuracio
entes configuracio
y Fig. 13 seconsiderablem
ones de conducto
ones de conducto
ones de conducto
e determina qmente el valo
ores con
ores con
ores con
que la or del
cam
Fig. el co
Dconcon
Fig. el co
mpo eléctrico e
14. Campo Magnonductor ACAR 1
De las Fig. 1figuración adefiguración del
15. Campo Magnonductor ACAR 1
es la configura
nético con diferen000 MCM.
4, Fig. 15 yecuada para relta invertido.
nético con diferen100 MCM.
ación vertical.
ntes configuracion
y Fig. 16 se educir el camp
ntes configuracion
MASK
nes de conductore
determina qupo magnético
nes de conductore
KAY
es con
ue la es la
es con
8
Figel
coalt
vavegeexpoelé
cala coco4)
el obele17y n4.nú
cosuqucoMsu
el núsuseap
g. 16. Campo Maconductor ACAR
Tanto para elonfiguración htos. En resumen,
alores del caertical. A peseometría es xclusivamente or lo que, enéctrico son lasPor otro lado
ampo eléctricosuperficie d
orona disminuon la formació Cambio númSe han consinúmero “n”
bservar cómo ectromagnétic700 MCM porn=5 conductor1) Campo eléc
úmero de subcEn la Fig.17
onductor a 1 mubconductores ue representa onductores por
MCM. Mientrasuperior.
En efecto, cocampo eléctri
úmero de subuelo aumenta. e presentan epreciarse la var
agnético con diferR 1200 MCM.
l campo eléctrhorizontal es
la geometría ampo electrosar de que p
delta invede la corrien
n este sentids que deciden
o, se puede peno cerca del conel conductor
uye y por endeón de este fenómero de subcoiderado difere
de subconduafecta este pa
co. Se han cr haz, n=4 conres de 800 MCctrico, configuconductores ense observa el metro de altudentro del hael menor camr haz los misms que para n =
onforme el diáico a nivel delbconductores, Los resultado
en la Tabla Vriación porcen
rentes configuraci
rico como el cla que produ
adecuada quemagnético es
para campo mertida, este nte que circuldo, las simulala geometría ansar que, al dinductor, el grareduciría, po
e reduzcan lasómeno. onductores porentes calibres uctores en el arámetro en loconsiderado nnductores de 1CM por haz. uración horizon el haz, diferecampo eléctri
ura sobre el suaz. Se puede apmpo eléctrico emos que tienen= 4 y n = 5, el
ámetro del col suelo aumenel campo el
os de algunos VII, y en la ntual de estos
iones de conducto
campo magnétuce los valore
e podría redus la configumagnético la
campo dela por el condaciones del cadecuada. isminuir el valadiente potencor lo que el s pérdidas aso
r haz: de conductor haz a fin de s valores del c
n=3 conductor1100 MCM po
ontal, diferenteentes calibresico obtenido buelo para difepreciar que, laes la que posen un calibre del campo eléctr
onductor dismnta. Si se aumeléctrico a nivpuntos de la FTabla 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
Emaghazno pamapresEstoes enive
17. Campo eléctrM, 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 magmero de subconEn la Fig. 18gnético respec. En la Fig. 18presentan mayarillo que es senta la mayoo quiere decirel que menor cel del suelo.
rico con conducto1700 MCM, n =
TABLCAMPO ELÉCTRIC
CONDUCTOR
n=3
696.37
4437.5
7397.3
4153.2
646.44
TABLMPO ELÉCTRICO CO
H
ΔEn-2-4
-4
-5-6
gnético, confignductores en ese aprecia e
cto al número8 se indica queyores cambios
la que posor brecha en cr que, el arregcampo magnét
or ACAR 1100 M3.
LA VII CO EN (V/M) PARARES POR HAZ
n=4
7
716.07
8 4634.4
2 7770.8
8 4394.4
4 688.6
LA VIII ON RELACIÓN A N
HAZ E (%) n=3 2.75 4.25
4.81
5.49 6.13
guración horizel haz, diferenel cambio delo de subcondue las curvas d
s, mientras queee 5 subconomparación c
glo de 5 subcotico 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, diferentntes calibres valor del cauctores dentroe color azul ye la curva de cductores por
con n = 3 y n onductores pora 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
Fig80
enpo
ajuprlo
de
re
V
g. 18. Campo ma0 MCM, n = 5; A
Los resultadon la Tabla IX orcentual de es
El número deusta en la redresente estudios mismos que Por lo tanto,
el campo elect• 3 subcondu• Configurac• Calibre delLa Fig. 19 prsultante.
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 condACAR 1700 MCM
os de algunos y en la Tabla
stos campos me subconductoducción del co es el haz cotienen un calila configuraci
tromagnético euctores por hación vertical Sl conductor: 1resenta la dim
TAL CAMPO MAGNÉ
CONDUCT
m) n=3
7.86
17.0
21.3
16.7
7.86
TAAMPO MAGNÉTIC
PO
) Δ
ductor ACAR 110M, n = 3.
puntos de la a X puede aprmagnéticos. ores dentro decampo electroonformado poibre de 1700 Mión óptima ques: az S = T 700 MCM 42/
mensión de la
ABLA IX ÉTICO EN (A/M) PATORES POR HAZ
n=4
69 7.9
029 17.
29 21.4
775 16.9
69 7.9
ABLA X CO O CON RELACIÓOR HAZ ΔE (%)
n=3 -0.49 -0.51
-.048
-0.78 -0.49
00 MCM, n = 4;
Fig.18 se prereciarse la var
el haz que meomagnético, por 3 subconduMCM. 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.
Lsimude simupermla uotrode tairecam
Fconsubcconelécadectal magesta
EelécencuIEEel AV/mnormfuerAPAsuel35 magden
L
19. Configuración
La medición mulados y medi
hasta el 7%,mulaciones el
meabilidad deunidad a condio lado, al medtransmisión se
e, densidad dempo electromagFactores comductores, la conductores pductor produc
ctrico y magncuado diseño manera que
gnético se encablecidos en laEn las estructctrico y magnuentran dentr
EE Std. 644-19Anexo 1, el vm el cual excma que es dera de los límitA de los condlo, mientras quy 37 metros,
gnético en latro del límite e
Las diferentes
n vertical, simple
IV. CONC
en el sitio pidos en este ar, como se apparámetro aj
el aire y suelo ciones estánda
dir en el lugare tienen diferel aire, que tgnético.
mo la configdistancia e
por haz, la altce una variacnético bajo uinvolucra tom
los valorescuentren dentras normas relaturas 56 y 22nético a 1 mero de los val994. Sin embaalor medido d
cede el valor de 4167 V/m. tes puesto quductores es due el APA de, respectivamas tres estrucestablecido po
s configuracio
e circuito.
CLUSIONES permitió contrrtículo. Se obtuprecia en el justable es lque son valor
ar de presión yr donde se encrentes temperatienen influen
guración geoentre fases, tura desde el ción en los vuna línea de
mar en cuenta s de los camro de los lími
acionadas. 29 los valore
etro sobre el nores estableciargo, para la del campo eléde campo eléEn este casoe la altura de
de 24 metros las estructuraente. Por otr
cturas analizaor la norma quones simulada
MASK
rastar los valuvo una toleraAnexo 1, en
la permitividares aproximady temperaturacuentran las líaturas, presiónncia directa e
ométrica de el número
nivel del suevalores del ca transmisión.estos aspecto
mpos eléctricites de exposi
es de los camnivel del suelidos en la noestructura 254
éctrico es de 4ctrico dado p, dicho valor l punto de amsobre el nive
as 56 y 229 soo lado, el ca
adas se encueue es de 67 A/mas 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