atenuacion de campos magneticos

CIDEL Argentina 2010
Congreso Internacional de Distribución Eléctrica
ATENUACION DE CAMPOS MAGNETICOS EN ESTACIONES TRANSFORMADORAS Y
CENTROS DE TRANSFORMACION
G. A. Tarsia; M.Higes; G. M. Gallo
U.T.N. F.R.B.A.; U.T.N. F.R.A.
Palabras claves:
Campos - magnéticos – blindaje - mitigación –
penetración – transformación.
MARCO TEORICO:
Ley de Biot-Savart: Permite calcular los
campos magnéticos generados por las cargas
en movimiento (fig. 1) de acuerdo a su
expresión general
RESUMEN:
Ya a principios del siglo XIX se
descubre que la corriente eléctrica es la fuente
de campos magnéticos.
Todas las instalaciones eléctricas en
los niveles de generación, transmisión,
distribución y usuarios o consumidores finales
son fuentes de campos magnéticos.
Las reglamentaciones vigentes fijan el
límite superior en 25 mT, obliga a los actores a
que adecuen las instalaciones que no cumplan
con el mismo, y generan la necesidad de
considerar nuevas disposiciones constructivas
que satisfagan las exigencias en esta materia.
Este trabajo evalúa las fuentes de los
campos magnéticos más relevantes en los
centros de transformación (CT) y estaciones
transformadoras (ET), analiza la disposición de
sus equipos y propone medidas técnicas para
atenuarlos. Se presentan los resultados de
mediciones de campo magnético y el efecto de
los blindajes en modelos de laboratorio, así
como casos de remediación en instalaciones
en servicio.
 µ0 ⋅ i  
⋅ dl × r (1)
dB =
4 ⋅π
- Fig.1–Campo magnético en un punto “A”
Ley de Ampere: Aplicable a los casos donde
existe simetría del campo magnético (ej: un
conductor rectilíneo de longitud infinita,
solenoides, toroides, etc).
Para el caso de un conductor de longitud
infinita se considera válida la expresión:
 
∫ B ⋅dl
INTRODUCCION:
El sustento teórico del presente trabajo
lo constituyen los conocimientos obtenidos en
las asignaturas Física II y Teoría de los
Campos, ambas pertenecientes a la carrera de
Ingeniería Electrica, debiéndose destacar la
Ley de Biot – Savart; la Ley de Ampère y la
definición de la Profundidad de Penetración
como parte del estudio de Propagación de
Ondas Planas.
Las dos leyes enunciadas permiten
calcular en forma teórica los campos
magnéticos generados por las corrientes
eléctricas (en nuestro caso a la frecuencia
industrial de 50 Hz), mientras que el concepto
de profundidad de penetración explica como
las placas conductoras atenúan dichos
campos y hacen posible su empleo como
blindaje pasivo.
= µ 0.i (2)
Donde:

dB : Diferencial de campo magnético.

B : Vector campo magnético.
m 0 : Permeabilidad magnética del vacío.
i: Corriente eléctrica instantánea.

dl : Diferencial de longitud.
Profundidad de penetración: Considera que
la atenuación del campo magnético se debe al
efecto de las corrientes de Focault sobre
láminas conductoras que se interponen con la
fuente de campo (blindaje) y se define según
la relación:
1
δ=
1
π ⋅ f ⋅ µ 0.µr ⋅ σ
distintos materiales cuyas características se
presentan en la tabla I.
(3)
- Tabla 1 – Materiales utilizados
Para la profundidad de penetración “d”, la

B se
amplitud del módulo resultante de
Material
Cu
Al
Fe-Si
-1 0
atenúa e ( / 1 ).
La eficiencia del blindaje se define según:

Bf
η = 1 −  (4)
Bi
s (s/m)
7
1
5.8 10
8
1
3.78 10
7
275
8.4 10
mr
f (Hz)
50
50
50
δ (m)
0.0094
0.0116
0.0015
- Fig.3 – Equipo experimental..
y el efecto de interponer un medio material se
grafica en la Fig.2.

- Fig. 2–Efecto de atenuación de B
MEDICIONES:
Con la fuente de C.A. se ajustó un
valor corriente, de forma tal que se desprecie
la perturbación generada por los campos
magnéticos propios del ambiente de trabajo.
Para todas las distancias que se
ubican perpendicularmente al centro del
conductor y definidas sobre el pie metálico, se
midieron las componentes del vector campo
magnético.
Se compararon dichas mediciones
efectuadas en aire y con cada uno de las
láminas, de modo tal de poder evaluar la
eficiencia de cada blindaje.
La misma relación η se utiliza para definir la
eficiencia de las medidas técnicas que se
adopten para atenuar el campo magnético.
Donde:
d: Profundidad de penetración.
f: Frecuencia.
m 0 : Permeabilidad magnética del vacío.
mr: Permeabilidad relativa.
s: Conductividad eléctrica.
η : Eficiencia del blindaje.
RESULTADOS EXPERIMENTALES:
Se midió las componentes del campo
magnético en aire y se determinó

B en
función de la distancia “d” para distintos
valores de corriente, verificándose la ecuación
(1).(fig. 4)

Bi : Campo magnético inicial (en módulo)

Bf : Campo magnético final (en módulo)
- Fig.4 – Campo magnético en aire.
MODELO EXPERIMENTAL:
Se dispuso de un banco de trabajo con
un conductor rectilíneo de cobre de 0,47 m de
longitud conectado a una fuente de tensión de
C.A. regulable con un pie metálico en
cuadratura ubicado en la mitad del anterior.
(fig. 3)
La medición del campo magnético se
realizó con un instrumento Marca: LUTRON ;
Modelo: EMF827 y se utilizaron láminas de
2
- Fig.7 – Vista en planta de un CT.
Se reiteró el procedimiento de medición
anterior para una corriente de 10A
intercalando una lámina de Fe-Si Gr.M4 y a,27
mm de espesor, visualizándose el efecto de
atenuación del campo magnético (fig. 5).
- Fig.5 – Influencia del blindaje.
- Fig.8 – Esquema electromecánico de un CT.
Se realizaron las mediciones de

B para una
corriente de 10A en aire e intercalando
distintos espesores de pantalla del material
precitado. Para espesores del orden de la
profundidad de penetración y superiores a
ésta, el efecto de reducción de

B no es
significativo (fig. 6).
- Fig.6 – Sensibilidad al espesor del blindaje.
Las fuentes de campo magnético más
importantes a tener en cuenta son las
instalación con elevadas intensidades de
corriente:
- El transformador de distribución.
- Las barras de vinculación entre el tablero de
BT / transformador.
- La barra colectora perimetral,
ESTRUCTURA TIPICA DE UN CT:
Está constituida por un tren de celdas
en MT, un transformador de distribución y el
tablero de baja tensión conectado al anterior a
través de las barras dispuestas en un plano
vertical sobre la pared. Todas las partes
metálicas de los equipos bajo tensión y el
neutro
del
transformador
están
equipotencializados mediante la vinculación
eléctrica de cada uno de ellas a la barra
colectora perimetral, la que se conecta a tierra
mediante un único electrodo (figuras 7 y 8).
Las medidas técnicas que podemos adoptar
para realizar un control pasivo del campo
magnético consisten en interpretar físicamente
las expresiones (1), (2), (3) y (4):
- Alejar las fuentes de campo magnético.
- Emplear materiales ferromagnéticos como
pantallas.
- Disponer los conductores de BT de modo tal
de reducir el campo magnético resultante.
- Evitar excesivas corrientes en la barra
colectora perimetral.
3
ESTUDIO DE CASOS:
CASO 1: CT a nivel con transformador de 800
- Fig.11 – Apantallamiento en el cielorraso.

B
KVA – 13,2/0,4-0,231 KV. Valor de
proyectados antes de la remediación 29 mT
Se instalaron placas de Fe-Si en la pared
lateral detrás del tablero (fig. 9) obteniéndose
valores proyectados de B=12,5 mT. Eficiencia
de la medida técnica η = 0,57.
- Fig.9 – Apantallamiento detrás del tablero.
CASO 3: ET de 220/132/13,2 KV – 2x300
MVA. Valor de
CASO 2: CT a nivel con transformador de
1250 KVA – 13,2/0,4-0,231 KV. Valor de

B proyectados antes de la
remediación 45 mT medidos en la montante
que se desarrolla sobre la pared medianera
(fig 12). La remediación consistió en instalar
chapas de Fe-Si adheridas a la pared de
hormigón con el empleo de cemento de
contacto y curvándolas (donde fuera posible)
para evitar la concentración del campo en los
extremos (efecto de borde) (fig 13). Se
obtuvieron valores de B proyectados de 15 mT.
Eficiencia de la medida técnica η =0,67.

B
- Fig.12 – Vista en corte de la ET.
proyectados antes de la remediación 35 mT
Se retiraron las barras de BT que vinculaban el
transformador y el tablero colocándose
bandeja portacables con conductores
unipolares (fig. 10)y placas de Fe-Si en el
cielorraso y por encima de la bandeja (fig. 11),
obteniéndose valores proyectados de B=6 mT.
Eficiencia de la medida técnica η = 0,83.
- Fig.10 – Disposición de cables en bandeja.
- Fig.13 – Apantallamiento en la montante.
4
CASO 4: ET de 132/13,2 KV – 2x80 MVA.
Valor
de

B
proyectados
antes
de
- Reemplazar las barras de vinculación de BT
entre el transformador y el tablero, por
conductores
unipolares
dispuestos
en
tresbolillo sobre bandeja.
- Rotar el transformador para alejar los
aisladores de BT respecto de la pared.
Instalando
una
pantalla
de
material
ferromagnético.
- Instalar una pantalla
de
material
ferromagnético en la parte posterior del tablero
de BT.
- La conexión del neutro del transformador y el
electrodo de la puesta a tierra deben ser
coincidentes o en su defecto estar separadas
por la mínima distancia.
la
remediación 35 mT medidos en la proyección
de los interruptores de MT sobre la línea
medianera (fig.14).
La remediación consistió en instalar pantallas
magnéticas de Fe-Si en las celdas de ingreso
de los cables precitados), obteniéndose
valores de B proyectados de 20 mT (fig.15).
Eficiencia de la medida técnica η =0,43.
- Fig.14 – Vista en planta de la ET.
- Fig.17 – Propuesta de un CT típico
Fig.16 – Apantallamiento en la celda.
Igualmente válido para CT y ET: Toda
pantalla magnética debe ser de material de
alta permeabilidad por su menor profundidad
de penetración “d“ a 50 Hz, sin que su espesor
supere este valor (ver tabla 1 y fig.17). Las
chapas deben estar con los dominios
orientados en el sentido de B y se evitarán
los efectos de borde adoptando geometrías
curvas (fig. 18) .
- Fig.18 – Curvatura de las pantallas.
Ingreso de cables en MT
RECOMENDACIONES:
Tomando como base el esquema del CT de la
fig.7, hemos analizado la propuesta de la
fig.16.
La experiencia acumulada objeto del presente
trabajo aporta las siguientes recomendaciones
a tener en cuenta para adecuar en servicio, así
como consideraciones a tener en cuenta en
las futuras instalaciones:
Las mediciones del efecto de borde realizada
sobre una lámina en el laboratorio nos da:
- 13,2 mT detrás de la lámina.
5
Es conveniente adoptar disposiciones
constructivas adecuadas para las nuevas
instalaciones, y evaluarlas con el empleo de
software específicos comerciales.
No se trató en este trabajo el control
activo de los campos magnéticos que se
practica en Europa, utilizando las corrientes de
las pantallas de los cables (vaina) para
compensar el campo principal
- 28,8 mT en el borde de la làmina.
- 23,4 mT en aire, sin pantalla magnética.
La disposición en tresbolillo (fig.19) reduce el

B resultante a consecuencia de la menor
distancia media entre los cables y un punto
genérico del espacio, en comparación a una
disposición coplanar (fig.20). Esto es válido
para los cables dispuestos en zanja o bandeja,
catenarias, etc.
REFERENCIAS:
Sears, Zemansky, Young, Freedman Física
Universitaria – Volumen 2 – Editorial Pearson 2005.
Tipler, Mosca – Física para la Ciencia y la
Tecnología – Volumen 2 – Editorial Reverte 2005.
Ulaby – Aplicaciones en Electromagnetismo –
Editorial Pearson - 2007.
Lamas, Zungri – Control de Campos
Magnéticos en Subestaciones
Transformadoras– CONECTA 2007 –
ENDESA.
Resolución 77/98 de la Secretaría de Energía,
publicada en el Boletín Oficial del 18 de mayo
de 1998.
- Fig.19 – Campos magnéticos en una
disposición entresbolillo.
- Fig.20 – Campos magnéticos en una
disposición coplanar.
Sobre los autores:
Gustavo Tarsia: Ing.Electricista. Jefe de
Estudios y Proyectos - EDESUR SA.- Docente
de Física, Instalaciones Elécticas y Acusticas y
Fuentes No Convencionales de Energía –
U.T.N. F.R.B.A. mailto:[email protected]
Martín Higes: Ing. Electrónico. Supervisor
Técnico del Dto. Mediciones – EDESUR SA. -.
Docente de Medidas Eléctricas y Laboratorio
de Máquinas Electricas.- U.T.N. F.R.B.A. mailto:[email protected]
Las barras colectoras de puesta a tierra en CT
tienen un efecto considerable en el

B resultante, ya que el comportamiento de las
redes de distribución de BT no permite
manejar
los
desequilibrios
de
carga
instantáneos. Una corriente de neutro de 100A
establecida en la barra perimetral, genera un
campo
Germán Gallo: Estudiante de 5ª año de
Ing.Eléctrica U.T.N. F.R. Avellaneda. Técnico
Area Programación- EDESUR SA. mailto:[email protected]

B de 20mT a una distancia radial de
1m (Ec.2 para un conductor rectilínea de
longitud infinita).
CONCLUSIONES:
Los métodos pasivos de mitigación de
campos
magnéticos
abordados
y
recomendados, dan una respuesta adecuada y
de bajo costo a la remediación de los CT y ET
fuera de norma.
El empleo de las chapas de Fe-Si son
la respuesta técnica para la mayoría de los
casos, de muy fácil adquisición y montaje.
6