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
Límites de exposición humana a CEM
Análisis de cumplimiento etapa de diseño
Análisis de cumplimiento etapa de operación
Determinación de exposición de CM ante DEAT
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
Límites de exposición humana a CEM
Análisis de cumplimiento etapa de diseño
Análisis de cumplimiento etapa de operación
Determinación de exposición de CM ante DEAT
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.
Análisis de cumplimiento etapa de diseño03
10
Trayectoria real Trayectoria supuesta
Análisis de cumplimiento etapa de diseño03
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
Análisis de cumplimiento etapa de diseño03
12
Campo Magnético
Análisis de cumplimiento etapa de diseño03
13
Campo Magnético
Torre tipo horizontal
Campo Eléctrico
Análisis de cumplimiento etapa de diseño03
14
Campo Magnético
Torre tipo mástil circuito sencillo
Campo Eléctrico
Análisis de cumplimiento etapa de diseño03
15
Campo Magnético
Torre tipo mástil circuito doble
Campo Eléctrico
Introducción
Límites de exposición humana a CEM
Análisis de cumplimiento etapa de diseño
Análisis de cumplimiento etapa de operación
Determinación de exposición de CM ante DEAT
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
Límites de exposición humana a CEM
Análisis de cumplimiento etapa de diseño
Análisis de cumplimiento etapa de operación
Determinación de exposición de CM ante
DEAT
Conclusiones
19
Índice
Controles específicos para CE05
Vs Puestas a tierra temporales
Controles específicos para CE05
Determinación de exposición de CM ante
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!!!
≠
Determinación de exposición de CM ante
DEAT05
23
𝑑𝐵
𝑑𝑡=𝜇02𝜋𝑥
𝑑𝑖
𝑑𝑡
Aproximación usando ley de inducción
de Faraday
Determinación de exposición de CM ante
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].
Determinación de exposición de CM ante
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
Determinación de exposición de CM ante
DEAT05
26
IR
I1
I2
20% IR
50% IR
80% IR
I1
Determinación de exposición de CM ante
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
Determinación de exposición de CM ante
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
Determinación de exposición de CM ante
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
05 Determinación de exposición de CM ante DEAT
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)
Estimulo intolerable
Umbral estimulación
Determinación de exposición de CM ante
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]
05 Determinación de exposición de CM ante DEAT
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)
Estimulo intolerable
Umbral estimulación
Introducción
Límites de exposición humana a CEM
Análisis de cumplimiento etapa de diseño
Análisis de cumplimiento etapa de operación
Determinación de exposición de CM ante DEAT
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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