B Campos Magnéticos en las Líneas de Transmisión de 138 kv en la Ciudad de Maracaibo

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1 III CONGRESO VENEZOLANO DE REDES Y ENERGÍA ELÉCTRICA Comité Nacional Venezolano Marzo 2012 B2-123 Campos Magnéticos en las Líneas de Transmisión de 138 kv en la Ciudad de Maracaibo M. Briceño* J. Carrasquero* A. Acuña* M. Boscán* * Escuela de Ingeniería Eléctrica, Universidad del Zulia RESUMEN Este trabajo ilustra el resultado de una campaña de medición de la intensidad de los campos magnéticos producidos por las líneas de transmisión de 138 kv en la ciudad de Maracaibo, bajo la metodología indicada en las recomendaciones del IEEE Std Los resultados de la campaña de medición fueron comparados con la norma venezolana COVENIN, NVC Para la medición longitudinal se observó cómo la intensidad resultante de los campos magnéticos medidos no fue más alta que 9,7892 A/m que representa el 11,75% de lo máximo permitido por la referida norma. Para la medición transversal se observó algo similar. Los resultados obtenidos permiten concluir que en todas las líneas de transmisión estudiadas poseen una intensidad de campo magnético resultante inferior al límite máximo permitido por la norma COVENIN 2238:2000, por lo que las misma están en concordancia con lo exigido con la normativa nacional y las recomendaciones internacionales. PALABRAS CLAVE Campos magnéticos, radiaciones no ionizantes, COVENIN Universidad del Zulia, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Eléctrica, Maracaibo Estado Zulia, mbriceno@fing.luz.edu.ve

2 1. INTRODUCCIÓN Las líneas de alta tensión generan a su alrededor campos eléctricos y magnéticos variables a extrema baja frecuencia (50 Hz en Europa, 60 Hz en América). Para una determinada tensión, la intensidad del campo eléctrico puede variar de unas líneas a otras dependiendo de las características de la línea, el número de circuitos y su disposición geométrica. El campo magnético en una línea también cambia según la intensidad de corriente que circula en función de la demanda de potencia. A las frecuencias de 50/60 Hz, los campos eléctricos y magnéticos tienen intensidades muy bajas, del orden de 0,0001 V/m y 0,00001 µt, respectivamente. La exposición de las personas a los campos electromagnéticos de baja frecuencia en entornos urbanos proviene, en su mayor parte, de la generación, transmisión y utilización de la energía eléctrica. Ante la alta susceptibilidad existente en la población, en lo referente a la construcción de nuevas instalaciones de líneas eléctricas y a las ya existentes de 138 kv ubicadas dentro de la ciudad de Maracaibo, desde el año 2005 la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Universidad del Zulia, ha iniciado una serie de estudios para la ubicación y evaluación de posibles fuentes de contaminación electromagnéticas en líneas de transmisión, esto con el objeto de determinar si dichos campos magnéticos se encuentran dentro de las normativas establecidas. 2. NORMATIVAS En Venezuela el Servicio Autónomo Nacional de Normalización, Calidad, Metrología y Reglamentos Técnicos (SENCAMER) es el ente encargado de la normativa para emisiones de radiaciones no ionizantes a través de la norma obligatoria COVENIN 2238 RADIACIONES NO IONIZANTES. LÍMITES DE EXPOSICIÓN. MEDIDAS DE PROTECCIÓN Y CONTROL. (2DA. REVISIÓN) del año 2000, aprobada por FONDONORMA en la reunión del Consejo Superior N de fecha 13/12/2000: la cual establece los límites diarios de exposición a las radiaciones no ionizantes para personas ocupacionalmente expuestas (P.O.E.) y miembros individuales del público y las medidas de protección y control para el trabajo seguro con las radiaciones no ionizantes. Según la norma COVENIN 2238:00 en la sección 4.6 Campos electromagnéticos de transmisión y potencia eléctrica (CEMTPE), el nivel máximo permitido de campo magnético es de 333,33 A/m para personas ocupacionalmente expuestas (P.O.E) y 83,31 A/m para personas del público en general a una frecuencia de 60Hz. La Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (CIPRNI, ICNIRP en inglés) ha publicado directrices sobre posibles límites de exposición para todos los tipos de CEM y considera que estas directrices ofrecen una protección adecuada respecto de los efectos sanitarios ya conocidos. La CIPRNI es una organización no gubernamental oficialmente reconocida por la OMS. En 1994 el instituto de ingenieros electricistas y electrónicos por sus siglas en ingles (IEEE) The Institute of Electrical and Electronics Engineers- unificó los procedimientos para la medición de campos eléctricos y magnéticos de las líneas de transmisión de corriente alterna (AC) y la calibración de los equipos de medición usados para este fin, en el IEEE Std

3 IEEE Standard Procedures for Measurement of Power Frequency Electric and Magnetic Fields From AC Power Lines. Estos procedimientos aplican a las mediciones de campos eléctricos y magnéticos cerca al nivel del suelo. Pueden también ser aplicados (con limitaciones, según lo especificado en el estándar) a los campos eléctricos cerca de un conductor o de una estructura energizada. 3. EQUIPO DE MEDICIÓN Los equipos de medición de campo magnético consisten en dos partes, un sensor o punta de prueba y la otra parte es el detector, que procesa la señal de la sonda e indica el valor en RMS del campo magnético con un indicador análogo o digital. El sensor o punta de prueba, consiste en una bobina eléctricamente blindada (para medir en un solo eje) o con tres bobinas dispuestas ortogonalmente (para medir en los tres ejes) que mide simultáneamente los valores RMS de los tres componentes espaciales y los combina para dar el campo magnético resultante, según la ecuación. B R B 2 X B 2 Y B 2 Z El medidor de campo magnético empleado es el TES-1394 ElectroMagnetic Field Tester de la marca TES Electrical Electronic Corp. Las características del equipo son las siguientes: Rango de frecuencia: 30 Hz hasta 2000 Hz. Rango de medición campo magnético: 0,01 µt hasta 0,2 mt. Temperatura de operación: 0 o C hasta 50 o C. Precisión: ±3% a 50 Hz ó 60 Hz. 4. METODOLOGÍA EMPLEADA La compañía ENELVEN suministró los datos referentes a las subestaciones y las interconexiones entre ellas, que operan en 138 kv pertenecientes a la Ciudad de Maracaibo. Se realizó un recorrido por toda la ciudad de Maracaibo para ubicar, evaluar la seguridad y el acceso a las líneas de transmisión de 138 kv. Como resultado fueron seleccionadas para el estudio las interconexiones entre las subestaciones Central-Tarabas, Tarabas-Trinidad, Trinidad-Don Bosco Siguiendo las recomendaciones y estándares internacionales - IEEE Std Procedimiento estándar para la medición de campos eléctricos y magnéticos de las líneas de transmisión - se desarrollaron protocolos para la medición de campos magnéticos en cada uno de los recorridos de las líneas a estudiar, estructurados como se indica a continuación: 4.1. Medición del campo magnético Se realizan tres mediciones en el transcurso del día para evaluar la intensidad del campo magnético de acuerdo a la demanda de energía eléctrica. Se eligen las horas de 9:00 am, 3:00pm y 8:00 pm. 3

4 El campo magnético bajo líneas de energía se debe medir en una altura de 1 m sobre el nivel del suelo. Los equipos de medición del campo con las puntas de prueba de un solo-eje son orientados para medir la lectura máxima. Alternativamente, los equipos de medición del campo con las puntas de prueba de tres-ejes se pueden utilizar para medir el campo magnético resultante. En todos los casos, cuando la divulgación de la medida da lugar, la cantidad que es divulgada (el campo magnético máximo o el campo magnético resultante) debe ser indicada claramente. El operador puede permanecer cerca de la punta de prueba. Los objetos no permanentes que contienen materiales magnéticos o conductores no magnéticos deben estar retirados por lo menos tres veces la dimensión más grande del objeto a medir para prevenir interferencias con la medición del campo. La distancia entre la punta de prueba y los objetos magnéticos permanentes no debe ser menos de 1 m para medir exactamente el campo magnético Perfil lateral El perfil lateral del campo magnético se mide en los puntos de interés seleccionados de la línea de transmisión, este perfil se mide a una dirección normal a la línea en intervalos iguales a más de 1m sobre el nivel del suelo. La medición del perfil lateral se debe comenzar en el punto central del tramo y a una distancia lateral de por lo menos 30 m (100 pies). Mínimo deben realizarse cinco medidas equidistantes Perfil longitudinal El perfil longitudinal del campo magnéticose debe medir donde la intensidad de éste sea la más alta, generalmente es en el punto medio (mid span) del vano u otros puntos de interés, según lo determinado en el perfil lateral. Las medidas del perfil longitudinal se deben hacer por lo menos en dos incrementos consecutivos casi iguales desde el punto medio del vano de la línea en ambas direcciones. 5. RESULTADOS En este estudio cada recorrido tiene un comportamiento diferente a los demás estudiados que va dependiendo de la zona que atraviesan (comercial o residencial) y las perturbaciones cercanas a la línea de transmisión. Los datos obtenidos para la medición longitudinal fueron medidos a una altura de 1,62m en todos los recorridos y para la medición transversal fueron medidos a una altura de 1.70m y a intervalos de 1m para cada medición hasta 6 metros del ancho de la calle o avenida. La medida del campo magnético resultante más alta fue de 9,7892 A/m 5.1. Recorrido S/E CENTRAL S/E TARABAS En este recorrido las líneas de transmisión se caracterizan por no tener una presencia significativa de líneas de distribución cercanas, sino hasta su llegada a la S/E Tarabas donde las líneas de distribución llegan/salen de la Subestación afectando las mediciones. 4

5 En el perfil longitudinal la intensidad del campo magnético resultante se mantuvo por debajo de 1 A/m, sólo se incrementó en el tramo cercano a la sub-estación. En la Fig. 1 la intensidad del campo magnético resultante se mantiene aproximadamente constante a las diferentes horas del día. Los saltos de la intensidad del campo magnético observados son por contribuciones de antenas, máquinas rotativas y cruces de la línea de transmisión donde se suman las dos intensidades de campo magnéticos resultantes. También se puede observar que la intensidad del campo magnético varía con la hora del día por las zonas que esta atraviesa (comercial o residencial) es más alta en las horas de la noche alcanza un pico de 1,5648 A/m, mientras que en la mañana es más baja alcanzando los 0,1728 A/m. Fig. 1. Perfil Longitudinal S/E Central S/E Tarabas En el perfil lateral se tomaron dos puntos del recorrido donde la intensidad del campo magnético resultante se mantiene constante tomando en cuenta la Fig. 1. La Fig. 2 representa el comportamiento del campo magnético y de la intensidad del campo magnético en ambos sentidos de alejamiento de la línea de transmisión. Se puede apreciar que en el caso más crítico, las intensidades de campo magnético resultantes son un poco superiores a 1 A/m a una distancia de 3 m de la línea de transmisión. Se aprecia que a las 8 pm la intensidad del campo magnético resultante aumenta en la medida que aumenta la distancia respecto a línea de transmisión estudiada debido a que existen líneas de distribución muy cercanas a ella y contribuyen con los datos medidos. Fig. 2. Perfil Transversal S/E Central S/E Tarabas 5.2. Recorrido S/E TARABAS S/E TRINIDAD 5

6 En este recorrido las líneas de transmisión se caracterizan por tener una presencia significativa de líneas de distribución y cableado cercano en la mayor parte del recorrido, afectando las mediciones. En el perfil longitudinal la intensidad del campo magnético resultante no tiene una característica constante como se observa en la Fig. 3. La intensidad resultante fue mayor a 1 A/m pero menor a 3,5 A/m. Los saltos de la intensidad del campo magnético resultante observados pueden atribuirse además a las contribuciones de antenas y máquinas rotativas ubicadas en las inmediaciones; sin embargo, existe un tramo de la línea donde la intensidad del campo magnético se mantiene aproximadamente constante. La intensidad del campo magnético resultante es mayor durante la tarde con una magnitud máxima medida de 3,14 A/m, mientras que en la noche se obtuvo 0,9728 A/m. Fig. 3. Perfil Longitudinal S/E Tarabas S/E Trinidad En el perfil lateral se tomaron dos puntos del recorrido donde la intensidad del campo magnético resultante se mantiene constante de acuerdo a la Fig. 3. La Fig. 4 representa el comportamiento del campo magnético y de la intensidad del campo magnético en ambos sentidos de alejamiento de las líneas de transmisión. Se puede apreciar que en el caso más crítico, las intensidades de campo magnético resultantes son un poco superiores a 1,6 A/m a una distancia de 3 m de la línea de transmisión. Fig. 4. Perfil Transversal S/E Tarabas S/E Trinidad 5.3. Recorrido S/E TRINIDAD S/E DON BOSCO 6

7 En este recorrido las líneas de transmisión se caracterizan de modo similar a las del recorrido S/E CENTRAL S/E TARABAS. En el perfil longitudinal (ver Fig. 5)se observa que la intensidad del campo magnético presenta una característica aproximadamente constante salvo al final del recorrido. La intensidad del campo magnético resultante en la noche presentó una magnitud máxima dentro del universo de mediciones igual a 3,2128 A/m, mientras que en la tarde se registró la intensidad de campo magnético más baja igual a 0,092 A/m. En el perfil lateral se tomaron dos puntos del recorrido donde la intensidad del campo magnético resultante se mantiene de acuerdo a la Fig. 5. La Fig. 6 representa el comportamiento del campo magnético y de la intensidad del campo magnético en ambos sentidos de alejamiento de las líneas de transmisión. Se puede apreciar que en el caso más crítico, las intensidades de campo magnético resultantes son un poco superiores a 0,6 A/m a una distancia de 3 m de la línea de transmisión. Fig. 5. Perfil Longitudinal S/E Trinidad S/E Don Bosco Fig. 6. Perfil Transversal S/E Trinidad S/E Don Bosco 6. VERIFICACIÓN DE VALORES TEÓRICOS En la Tabla I han sido compilados los promedios de intensidad de campo magnético resultantes en los tres recorridos objetos de estudio. Es notorio que los niveles de intensidad de campo se mantienen muy por debajo del límite máximo permitido por la norma COVENIN 2238:

8 Recorrido S/E Central S/E Tarabas S/E Tarabas S/E Trinidad S/E Trinidad S/E Don Bosco Tabla I. Comparación entre resultados obtenidos y valores normalizados Hora Intensidad Campo Magnético resultante Experimental promedio (A/m) 9:00 am 0,4867 3:00 pm 0,5023 8:00 pm 0,6931 9:00 am 1,6115 3:00 pm 1,8868 8:00 pm 1,6293 9:00 am 0,6321 3:00 pm 0,4490 8:00 pm 0,5862 Norma COVENIN 2238 (2da revisión) año 2000 Límite máximo para P.O.E y aéreas de trabajo. (A/m) Norma COVENIN 2238 (2da revisión) año 2000 Límite máximo para público general. (A/m) 333,33 83,31 7. CONCLUSIONES En lo referido a los niveles de intensidad de campo magnético medidos en las líneas de transmisión de 138 kv, se estudiaron las características de la intensidad resultante de los campos magnéticos medidos a diferentes horas. El estudio se centró en tres recorridos por su facilidad de acceso y seguridad para los equipos y personal. Cada recorrido se caracterizó diferente al resto porque atraviesan zonas diferentes (comerciales o residenciales) donde perturbaciones (antenas, motores, líneas de distribución) afectaron la medición aun tomando todas las previsiones correspondientes. Para la medición Longitudinal se observó cómo la intensidad resultante de los campos magnéticos medidos no fue más alta que 9,7892 A/m que representa el 11,75% de lo máximo permitido por la norma COVENIN. Para la medición transversal se observó cómo la intensidad del campo magnético resultante se debilita en la medida que se aleja de la línea de transmisión. Pero debido a que en algunas zonas existen líneas de distribución próximas a las líneas de transmisión estudiadas, éstas afectaban la medición del campo magnético, incrementándolo en ciertas horas. Los resultados obtenidos permiten concluir que todas las líneas de transmisión estudiadas emiten un campo magnético resultante inferior al límite máximo permitido por la norma COVENIN 2238:2000, por lo que las mismas están en concordancia con lo exigido por la normativa nacional y las recomendaciones internacionales. BIBLIOGRAFÍA [1] Norma COVENIN Radiaciones no ionizantes. Límites de exposición. Medidas de protección y control. (2DA. REVISION, año 2000). [2] IEEE Std IEEE Standard Procedures for Measurement of Power Frequency Electric and Magnetic Fields From AC Power Lines. [3] Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP). Guidelines for Limiting Exposure to Time-varying Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields (up to 300 GHz). 8