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NOMBRE (S) DE AUTOR (ES) CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN: VALORES LÍMITE DE EXPOSICIÓN Y PARÁMETROS DE CUMPLIMIENTO NOMBRE (S) DE AUTOR (ES) MARIA VICTORIA DIAZ MERCHAN CRISTIAN DAVID JIMÉNEZ RODRIGUEZ HECTOR EDUARDO GRAFFE CANTILLO FABIÁN RICARDO ROJAS LEAL GRUPO ENERGÍA BOGOTÁ frojas@geb.com.co Dirección de Desarrollo Sostenible-Gerencia de Mantenimiento

Introducción 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.

Preocupación internacional Introducción Relaciones causales y modelos biológicos de interacción Preocupación internacional Establecer niveles máximos de exposición a CEM Orientación científica y recomendaciones sobre protección contra la exposición a RNI organismo referente a nivel mundial en la emisión de directrices y recomendaciones en torno a la exposición a CEM Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP)

Introducción Fuentes intencionales Vs no intencionales de campo ≠ Límites orientados principalmente a las fuentes intencionales de campo.

Límites de exposición humana a CEM Organización mundial de la salud -OMS- Comisión Internacional para la Protección de Radiaciones no Ionizantes ICNIRP Recomendaciones para la protección ante las radiaciones no ionizantes. Corrientes inducidas Efectos térmicos exposición aguda Meta-análisis desde la década de los 50.

CEM variante en el tiempo Límites de exposición humana a CEM ICNIRP CEM variante en el tiempo Guidelines: for limiting exposure to time‐varying electric and magnetic fields (1 Hz – 100 kHz) (2010)

Población ocupacional Límites de exposición humana a CEM Grupos poblacionales Población general Población ocupacional

Límites de exposición humana a CEM Restricciones básicas: efectos establecidos de manera precisa, sus valores están dados en magnitudes físicas inducidas. Niveles de referencia: a partir de modelos matemáticos se relaciona los parámetros inducidos con parámetros fácilmente medibles.

VLP para público general Límites de exposición humana a CEM Niveles de referencia para exposición a CEM de muy baja y baja frecuencia (0-10 MHz) Para 60 Hz E= 4.16 kV/m B= 200 µT (RETIE Art 14.1) VLP para público general

Análisis del cumplimiento de los VL en la etapa de diseño Para la etapa de diseño se verifican entre otros aspectos el cumplimiento de los valores límites de exposición de CEM establecidos para público en general. Los campos electromagnéticos hacen referencia a campos eléctricos y magnéticos acoplados generalmente en altas frecuencias. Cuando se analizan en bajas frecuencias, como el caso de líneas de transmisión, los CEM pueden ser analizados por separado, relacionando el campo eléctrico al nivel de tensión de la línea y el campo magnético a las corrientes.

Metodología Cálculo CEM (Imágenes) El método general para el cálculo CEM en líneas de transmisión por EPRI se centra en el cálculo de la concentración del campo a una distancia del conductor. En la mayoría de los casos, la concentración de campo generado por líneas de transmisión se puede calcular utilizando un análisis simplificado bidimensional. ANCHO DE SERVIDUMBRE

Metodología Cálculo CEM (Imágenes) Se usa un análisis típico con aproximación a líneas de carga infinitas, asociadas a estructuras cilíndricas

Metodología Cálculo CEM (EPRI) Aproximaciones necesarias: Modelamiento de haz de conductores con un diámetro conductor equivalente Para calculo de CM Se ignoran los efectos de las corrientes de retorno a tierra (resistividad de 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. La permitividad del aire es independiente del caso climático y es igual a la del espacio libre. Se ignoran los efectos de blindaje de estructuras a potencial de tierra. Actualmente los resultados son obtenidos mediante simulación de software. PLSCADD- Applets EPRI

Metodología Cálculo CEM (EPRI)

Análisis del cumplimiento de los VL en la etapa de diseño

Resultado campos Eléctrico y Campo Magnético Torre Tipo Horizontal Campo Eléctrico

Resultado campos Eléctrico y Campo Magnético Torre Tipo Mástil Circuito Sencillo Campo Eléctrico

Resultado campos Eléctrico y Campo Magnético Torre Tipo Mástil Circuito Doble Campo Eléctrico

Resultado campos Eléctrico y Campo Magnético Torre Tipo Mástil Circuito Doble Applets Campo Eléctrico

Resultado mediciones intensidad Campo Eléctrico y flujo Magnético Torre Tipo Mástil Circuito Doble Campo Magnético Campo Eléctrico

Cumplimiento durante la etapa de operación “Los diseños de líneas o subestaciones de tensión superior a 57,5 kV, en zonas donde se tengan en las cercanías edificaciones ya construidas, deben incluir un análisis del campo electromagnético en los lugares donde se vaya a tener la presencia de personas.“ “El campo eléctrico se debe calcular en zonas de servidumbre de líneas de transmisión de tensión igual o mayor a 110 kV, y solo se debe medir como mecanismo de comprobación en lugares de fachadas de edificaciones a la altura de los conductores más cercanos a la fachada que se encuentre en la frontera de la servidumbre (2015)” “La densidad de flujo magnético se debe calcular para corrientes mayores a 1000 A ... Igualmente, se debe medir en líneas de transmisión que superen estas corrientes a distancias hasta 1,5 m del conductor para máximos acercamientos de público en general y a 30 cm para personas que laboran en la línea. En ningún caso se debe aceptar la permanencia de personas en distancias menores a las antes señaladas (2015)”

Límites de exposición humana a CEM durante fallas La falla que se presenta afecta las fases A y B de una línea de transmisión a 230 kV

Límites de exposición humana a CEM durante fallas Transformada de Fourier

Límites de exposición humana a CEM durante fallas Una descomposición en frecuencia (FFT) resulta en un espectro continuo por el truncamiento de la señal y su componente continua. Problemas de exactitud derivado del truncamiento de la señal y de la dependencia de los muestreos tiempo-frecuencia. La misma señal muestreada en tiempos distintos, tendrá un espectro en frecuencia con una amplitud diferente, de la misma manera, una duración mayor o menor del muestreo en el tiempo generará que la señal tenga una densidad distinta de componentes espectrales. 𝑗=1𝐻𝑧 10 𝑀𝐻𝑧 𝐻 𝑗 𝐻 𝑟,𝑗 ≤1 Los límites de CEM en frecuencia estacionaria no son aplicables!!!

Límites de exposición humana a CEM durante fallas 𝑑𝐵 𝑑𝑡 = 𝜇 0 2𝜋𝑥 𝑑𝑖 𝑑𝑡 Aproximación ley de inducción de Faraday 𝑑𝑖 𝑑𝑡 =5.8𝑒+6[𝐴/𝑠] 1 m de distancia 𝑑𝐵 𝑑𝑡 =2.32[𝑇/𝑠] Error de aproximación lineal menor al 10% [3]

Límites de exposición humana a CEM durante fallas 𝐽= 𝐾 𝐵 𝑑𝐵 𝑑𝑡 Aproximación propuesta en [9] para la corriente inducida por exposición a un campo magnético de alto gradiente 𝐾 𝐵 =0.064 𝐴 𝑚 −2 𝑠 𝑇 −1 Un campo magnético variable en el tiempo que inducen densidades de corriente por encima de 1 𝐴/ 𝑚 2 en los tejidos, produce excitación de los nervios y puede ser capaz de producir efectos biológicos irreversibles tales como fibrilación cardiaca [9]. Así la corriente inducida por la falla en estudio es 0.14 𝐴/ 𝑚 2

Límites de exposición humana a CEM durante fallas La corriente inducida calculada mediante la aproximación no excede la máxima corriente definida como umbral peligroso, no obstante la señal de falla analizada es muy lenta comparada con una señal típica de rayo 10/500 µs, con lo cual el 𝑑𝐵 𝑑𝑡 aumentaría varios órdenes de magnitud y así mismo la corriente inducida

Límites de exposición humana a CEM durante fallas Y ante descargas atmosféricas? *NTC 4552

Aproximación ley de inducción de Faraday Límites de exposición humana a CEM durante fallas 𝑑𝑖 𝑑𝑡 =10.1𝑒+6[𝑘𝐴/µ𝑠] 10 m de distancia Aproximación ley de inducción de Faraday 𝑑𝐵 𝑑𝑡 = 𝜇 0 2𝜋𝑥 𝑑𝑖 𝑑𝑡 =202 𝐽= 𝐾 𝐵 𝑑𝐵 𝑑𝑡 =12.92!!! 𝐾 𝐵 =0.064 𝐴 𝑚 −2 𝑠 𝑇 −1

Conclusiones 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, que a partir de los casos más desfavorables asegura que los niveles de exposición durante la etapa operativa se mantengan bajo los VLP. Las descargas atmosféricas y las fallas en los sistemas de transmisión pueden generar una exposición a CM que excede los VLP, bajo algunas condiciones operativas. No obstante su muy baja probabilidad de ocurrencia, es necesario llevar a cabo análisis más profundos para garantizar procesos de operación y mantenimiento seguros para nuestros colaboradores.