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3ras Jornadas ITE - 2015 -Facultad de Ingeniería - UNLP EMPLEO DE LAZOS PASIVOS PARA MITIGACIÓN CAMPO MAGNÉTICO EN EMPALMES DE CABLES SUBTERRÁNEOS DE ALTA TENSIÓN Carlos A. Wall Patricia L. Arnera María B. Barbieri IITREE-LAT-FI-UNLP 48 y 116. La Plata. Buenos Aires. Argentina [email protected] Palabras Claves: Campo Magnético (B), Mitigación, Lazos Pasivos. Introducción, El crecimiento de los centros urbanos y el aumento de la demanda de energía eléctrica hace que cada vez se requieran más tendidos de cables subterráneos de alta tensión en las ciudades. Asociados a los mismos se encuentran la generación de campos magnéticos, que desde hace varios años han despertado preocupación en la población por la asociación de estos con posibles efectos sobre la salud. En el tendido de cables se identifican dos zonas, una en donde se realiza el tendido regular de los conductores de fase (Ductos), los cuales se encuentran próximos entre sí, y otras zonas en las que se realizan los empalmes (Fosas), donde las distancias entre las fases son mayores. En estas últimas, los valores de campo magnético son más elevados, debido al incremento de dicha separación. En algunas circunstancias es necesario disminuir los niveles de campo generados en la zona de empalmes, para lograr dicho objetivo existen diferentes técnicas, como ser el incremento de la distancia a los mismos del punto de interés o la aplicación de técnicas de mitigación más desarrolladas. Desde el punto de vista técnico económico, los lazos pasivos constituyen una solución efectiva, sus costos no representan valores muy elevados y no se requiere de adiestramiento especial de los operarios para realizar el montaje. Estas ventajas requieren que la determinación de la mejor solución a cada caso en particular sea analizada mediante herramientas adecuadas. Estimando las principales características de la forma más precisa posible, con el objetivo de lograr valores de campo tan bajos como sean razonablemente alcanzables. En el presente trabajo se presentan los resultados obtenidos por cálculos (utilizando herramientas desarrolladas) y mediciones de campo magnético, para validar los modelos de cálculo. Luego se presenta la aplicación de esta técnica a una instalación que se puede encontrar en la red eléctrica, en este caso en la zona de empalmes de cables subterráneos. Se estudian los niveles generados y se evalúa el efecto de introducir lazos pasivos con diferentes configuraciones. Lasos Pasivos La compensación por medio de lazos pasivos consiste en disponer un conductor en forma de espira o lazo, en una posición tal que se induzca una tensión, como consecuencia del concatenamiento del flujo de campo magnético, generado por los conductores de fase de una línea de transmisión. Como resultado de esta tensión inducida y considerando la impedancia del lazo, se establece una corriente en dicho lazo [1]. Esta corriente crea un campo magnético “Bi” que se opone al campo generado por los conductores de fase de la línea “Br”. Esta situación puede apreciarse en un corte en la Fig. 1, en donde se representa un conductor por el que circula una corriente “Ir” y los conductores “a y b”, pertenecientes a un lazo pasivo. Además se presenta una zona de interés. 229 Departamento de Electrotécnia 2015 - Año Internacional de la Luz 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP Condu c to rdefa se" r " ,con co r r ien te" I r " B r y La zofo rmadopo r lo s condu c to re s"a "y"b " Y r D rb D ra B i Ya=Yb Á rea" I " Á rea" I I " Zonade in te ré s x X r Xa Xb F ig .1–Campo Magné t ico“B r ”gene radopo runconduc to r“ r ” ,queconca tenaaunlazopas ivo “a b ” ,quegene rauncampo magné t ico“B i ” . E lp rocesohas taaqu ídesc r ip topuedeap l ica rsepa rauns is temat r i fás icocomoe lde laF ig .2 ,endondeseap rec ianenun m ismop lanolost resconduc to resdefaseyun lazopas ivo . F ig .2–A r reg lodes is temat r i fás icoconunlazopas ivo . Enuns is temacomoe ldelaF ig .2 ,espos ib le d ispone r másdeunlazopas ivo ,es to p rovoca ráuna mayo ra tenuac iónde lcampo magné t icoenlazonadein te rés . Sisecons ide ralaimpedanc iade llazo ,espos ib led iv id i r laenlapa r teres is t iva ,que dependedelasca rac te r ís t icasde lconduc to ru t i l izado ya med idaquee lconduc to r p resen te una meno rres is tenc ia se ob t ienen me jo resresu l tados,mayo r se rála co r r ien te po re lm ismo . Po ro t roladola pa r teinduc t iva depende deca rac te r ís t icas geomé t r icas ,comosed isponee llazo ,lasepa rac iónex is ten teen t reconduc to resde faseye loloslazos ,e lanchoyla rgodeloslazos .Ad ic iona lmen te ,s ised isponen más deunlazosedebecons ide ra rlaimpedanc ia mu tuaen t relosd i fe ren teslazos . Los pa ráme t ros menc ionados in f luyen enla e fec t iv idad deloslazospas ivos como es t ra tegi ade m i t igac ióndecampo magné t ico. Compa rac iónen t recá lcu losy med ic iones Seimp lemen ta ronins ta lac ionesenlabo ra to r iopa racompa rarlosresu l tadosob ten idos por med iodecá lcu loy med ic iones .Seu t i l iza ronlazosconconduc to resded i fe ren tes secc ionesy d i fe ren te núme ro delazos .Pa rala med ic ión decampo magné t ico se u t i l izóun med ido rt r id imens iona l . Enla F ig .3sep resen taunco r teendondeseap rec ianlosconduc to resdefaseye l anchode llazopas ivo ,unoenes tecaso . Anchode lLazoPas ivo 500 Conduc to resdefase N ive lde lsue lo Conduc to resdeLazoPas ivo F ig .3–A r reg lodes is temat r i fás icoconunlazopas ivo . 2 3 0 D epa r tam en t od eE l e c t r o t é cn ia 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP EnlaTab laIsep roponena lgunasa l te rna t ivas,quecon temp land i f e ren tesnúme rosde lazos ,d i fe ren tessecc ionesdeconduc to resyd i fe ren tesanchosyla rgosdelazos . Tab laI-Geome t r íasemp leadaspa ralasp ruebas ,encampo . Conduc to r Caso Secc ión 2 1 2 3 4 Lazo Rad io Con f igu rac ión [mm] [mm ] Ancho La rgo 95 6 ,5 1 4 ,25 95 6 ,5 1 4 ,25 95 6 ,5 1 ,4 4 ,2 95 6 ,5 1 4 ,25 95 6 ,5 1 ,4 4 ,35 70 5 ,25 1 ,8 12 ,4 95 6 ,5 1 4 ,25 95 6 ,5 1 ,4 4 ,35 70 5 ,25 1 ,8 12 ,4 70 5 ,25 2 ,2 13 ,5 Losresu l tados ob ten idosse p resen tan enlas F ig . 4aF ig . 7 pa raloscasos dela Tab laI .Seinc luyenlos pe r f i les de B s in ene rg iza rlains ta lac ión(Azu l )ys in LP (Ro jo ) .Laco r r ien te po rlosconduc to res defasefue de 14 ,7A . Seinc luyen va lo res med idos (M )y ca lcu lados (C ) .Los cá lcu los cu los serea l izan con he r ram ien tas desa r ro l ladasespec ia lmen tepa raes tasap l icac iones[2 ] . F ig .4–Pe r f i lesob ten idospa rae l“Caso1” . F ig .5–Pe r f i lesob ten idospa rae l“Caso2” . F ig .6–Pe r f i lesob ten idospa rae l“C aso“3” . F ig .7–Pe r f i lesob ten idospa rae l“C aso“4” . Compa randolos resu l tados ob ten idos po r med io de cá lcu los y med ic iones , se conc luye quela he r ram ien ta de cá lcu lo a r ro ja buenosresu l tados . Po rlo que se 2 3 1 D epa r tam en t od eE l e c t r o t é cn ia 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP u t i l iza rápa ralaeva luac ióndelaimp lemen tac ióndelazospas ivosains ta lac ionesdela rede léc t r ica . Ap l icac ión Pa ralaap l icac ióndees tatécn icaen lareducc ióndecampo magné t icoenempa lmes decab lessub te r ráneos,sep resen tanacon t inuac iónlasp r inc ipa lesca rac te r ís t icasde unains ta lac iónylosva lo resdecampo magné t icogene rados . ig .8sep resen taunco rt et ransve rsa ldelacon f igu rac ióndeconducto resenla Enla F zonadeduc tos(a ) ,unco r tet ransve rsa lenlazonadeempa lmes(b )yunaimagende lafosadeempa lmes(c ) ,pa raunate rnaen220kV . 200 200 a ) D ispos ic iónen zonadeduc tos 500 1900 1900 N i ve lde lsue lN o i ve lde lsue lo 2068 1895 2068 1895 N i ve lde lsue lN o i ve lde lsue lo 500 b ) D isp.enfosa deempa lmes Fosadeempa lmes ,CSAT220kV c ) F ig .8–Co r test ransve rsa ldeuntend idodecab leseimagendeunafosadeempa lmes. Enla F ig .9sep resen tanlosva lo rescampo magné t ico ,ob ten idos med ian tecá lcu los rea l izadosapa r t i rdeun mode lot r id imens iona l ,ene lqueserep resen ta rontodoslos conduc to resinvo luc rados ,cons ide randolaspos ic ionesadop tadaspo res tosenzona deduc tosyzonadeempa lmes .Losva lo resco r respondenaunaco r r ien tesde790A . De laná l is isdela F ig .9,sepuedeniden t i f ica rdoszonas ,ladeduc tosendondelos va lo resdecampo magné t ico máx imoenlazonacen t ra lesdeap rox imadamen te4µT ylazona de empa lmes en dondelosva lo res decamposon de ap rox imadamen te 16µT . Es to se ap rec ia con más de ta l les enla F ig . 10, a l l í se g ra f ican pe r f i les t rasve rsa lesdecampo magné t icosob relazonadeduc tos( ro jo )ysob relazonade empa lmes(ce les te) .Seag reganpe r f i lespa raunaco r r ien tede1000 A ,parad ichas zonas ,enve rdeyv io le tarespec t ivamen te . r f i les de campo magné t ico F ig . 10 – Pe F ig .9–Campo magné t icogene radopo r CSAT220 gene radopo r CSAT,enzonadeduc tosy kV ,enzonadeduc tosyfosadeempa lmes,I=790A. fosadeempa lmes . 2 3 2 D epa r tam en t od eE l e c t r o t é cn ia 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP Sedes tacae laumen todelosva lo resdecamposob relafosadeempa lmes ,deb idoa l inc remen to enla d is tanc ia en t relosconduc to res defase .S ise deseareduc i rlos n ive lesdecampo magné t icoenlazonadeempa lmesalosva lo resde lo rdendelos ob ten idosenlazonadeduc tos ,espos ib lelog ra re lob je t ivou t i l izandolazospas ivos . Seana l izandosa l te rna t ivas. EnlaF ig .11sep resen talacon f igu rac iónenlaquesed isponenloslazosenunp lano po renc imadelosconduc to resdefase(Caso5 ) ,espos ib leva r ia rennúme rodelazos ylad is tanc iaen t relosconduc to resdefaseye lp lanoquecon t ienealoslazos .Enla m ismaf igu raserep resen taes tas i tuac ión ,endondesecon temp lalains ta lac iónde1a 9lazospas ivos . Enla F ig .12sep resen taunesquemaconlad ispos ic ióndelazospas ivosenp lanos po renc imaypo rdeba jodelosconduc to resdefase(Caso6 ) . 100 400 Condu c to re sdefa se 400 Condu c to re sdefa se 1000 400 La zo spa s i vo s 1000 100 La zo spa s i vo s ispos ic ión delazos pas ivos en F F ig . 11 – D ispos ic ión delazos pas ivos en ig . 12 – D p lanospo renc imadelosconduc to resdefase, p lanos po r enc ima y deba jo de los Caso5. conduc to resdefase,Caso6. Resu l tados Losresu l tadosob ten idossep resen tanenlasF ig .13yF ig .14,endondeseap rec ian lospe r f i lesdecampo magné t ico ,pa raunaco r r ien tede1000A . Pa rae l Caso5(F ig . 13) ,seobse rvaquea med idaqueseinco rpo ranlazospas ivossereducenlosva lo res decampo magné t ico .Apa r t i rde llazo7,yanoseobse rvanva r iac ioness ign i f ica t ivas . Pa rae l Caso6(F ig .14)sep resen tanlosresu l tadoscons ide rando2 ,4 ,6y8lazos , aqu í se obse rva que con e l emp leo de 8lazos pas ivos en es ta con f igu rac ión se ob t ienenva lo resdeBmeno ra5 µT . F ig .13–Pe r f i lesdeCM ,Caso5. F ig .14–Pe r f i lesdeCM ,Caso6 Eva luac ióndeResu l tados Lae fec t iv idaddelasa l te rna t ivasde m i t igac iónpuedese reva luadapo re lg radode reducc ióndecampo magné t icoenunpun tooá readein te rés . Es toselog raconla re lac iónen t ree lcampo magn é t icos in m i t igac iónycon m i t igac ión . Pa ra cuan t i f ica re lg rado de reducc ión de B y compa ra r en t relas d i fe ren tes a l te rna t ivas ,seu t i l izae lFac to rdeApan ta l lam ien to(FA ) ,quesede f ineen(1 ) . B( P) FA= 0 BS( P) 2 3 3 D epa r tam en t od eE l e c t r o t é cn ia (1 ) 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP FA eslare lac ión en t rela densidad def lu jo magné t ico en un pun to dado(P ) en resenc ia(B em i t igac ión[ 3] . ausenc ia(B0)yenp S)d Enlas F ig . 15yF ig . 16sep resen tanlospe r f i lesde FAob ten idospa ralazonaen dondeserea l izanlos empa lmes . Pa ratodosloscá lcu lossecons ide racomof lu jo magné t icoenausenc iade m i t igac ión(S inLP ) . F ig .15–Pe r f i lesdeFA ,Caso5 F ig .16–Pe r f i lesdeFA ,Caso6 Pa rae l Caso5e lva lo r máx imodeFAesde3 ,25enlazonadecampo máx imo ,x=0 , con7o máslazos ,noselog ran mayo resbene f ic iosconlainco rpo rac iónde másLP . Pa rae l Caso6 ,espos ib leob tene runn ive ldea tenuac ións im i la r ,cone lemp leode 6LP ,empleando8LPenFAesde lo rdende4 ,25enla m ismazona . Conc lus iones Lau t i l izac ióndeLazosPas ivospa ra m i t iga re lcampo magné t icoesunatécn icaconla queseob t ienenbuenosresu l tados.Ene lcasop ropues tocomoe jemp loe lob je t ivofue reduc i rlosva l o resdecampoenlazonadeempa lme(Fosas )alosva lo resob ten idos enlazonadeduc tos,ess ign i f icaob tene runFAde lo rdende4 . Conlaa l te rna t ivap resen tadocomoCaso5 ,u t i l izando7o máslazosselog raunfac to r dereducc ión de de lo rden de 3,25 enx=0 , pe ro suins ta lac ión esre la t ivamen te senc i l la ,yaquepuedeap l ica rseenlapa r tesupe r io rdelosempa lmes ,unavezque es tosseencuen t renrea l izados . Laa l te rna t ivaiden t i f icadacomoCaso6 p resen ta me jo resresu l tados ,yaquecon8LP e lva lo redeFAesde lo rdende4 ,25.Ladesven ta jadeva r ian teeslad i f icu l tadenla ins ta lac ión ,yaquean tesdelae labo rac ióndelosempa lmesdebend ispone rselazos enla pa r tein fe r io r delos m ismos.Se r ía ap l icab le enlos casos enlos quelos empa lmesnovand i rec tamen teen te r rados . Pa ralos cá lcu los se u t i l iza ron he r ram ien tas desa r ro l ladas p rev iamen te , que se va l ida ronpo r med iode med ic ionespa rad i fe ren tescasos . Sedes tacalaven ta jadees tatécn icayaqueconhe r ram ien tasdecá lcu loadecuadas , sepuedelog rarund iseñoadecuado . Lains ta lac ióndeloslazospas ivosnorequ ie redeen t renam ien toespec ia l ,yaqueson lazos ce r rados de ba jatens ión , so lo se debe p res ta r espec ia la tenc ión en e l a is lam ien tode lempa lme ,pa raev i ta re ling resodehumedad . Bib l iog ra f í a [1 ]“ Imp lemen ta t iono fatoo lfo r magne t icf ie ld m i t iga t ionus ingpass iveloops ” .C .A . Wa l l ,P . L .A rne ra ,M .B .Ba rb ie r i .IEEET&DLAS ix thIEEE /PES ,35Sep tembe r2012 , Mon tev ideo , U ruguay . [2 ] “Deve lopmen to f so f twa refo r magne t icf ie ld ca lcu la t ion a nd m i t iga t ion us ing pass ive loops ” .3 rdC ig réIn te rna t iona lCo l loqu iumonE lec t r icand Magne t icF ie ldsa tEx t reme lyLow F requenc ies(EMFELF2013 ) ,1516Oc tobe r2013 , Na ra ,Japan .C .A . Wa l l ,P .L .A rne ra , M .B .Ba rb ie r i . [3 ]C ig réTechn ica lB rochu re373“Mi t iga t ionTechn iqueso fpowe r f requency magne t icf ie lds o r ig ina tedf rome lec t r icpowe rsys tems ” . WGC4 .204 ,Feb rua ry2009 . 2 3 4 D epa r tam en t od eE l e c t r o t é cn ia 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z
