fenÓmenos asociados al campo elÉctrico en lÍneas de transmisiÓn por: esteban velilla...
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INDICE
•Objetivos
•Metodologías de cálculo para campo eléctrico, Ruido Audible y Radio Interferencia.
•Ejemplos de evaluación
•Conclusiones
OBJETIVOS
•Implementar las metodologías para el calculo de campos eléctricos (CE), Ruido Audible (RA) y Radio Interferencia (RI) en LT.
•Poder evaluar el comportamiento tanto del campo eléctrico en las cercanías de la LT, como las posibles afectaciones que se puedan generar.
•Obtener cálculos confiables que puedan ser comparables con mediciones.
CAMPO ELÉCTRICO
DEFINICIÓN DE CAMPO ELÉCTRICO
Campo eléctrico, es el espacio que rodea a objetos cargados eléctricamente. Pueden ser estáticos, establecidos por cargas fijas, o variables en el tiempo, por voltajes alternantes. La intensidad de campo eléctrico E, se expresa en voltios por metro, V/m.
CAMPO ELÉCTRICO
DEPENDE DE:
•Tensión de operación de la línea
•Separación de fases
•Número y diámetro de conductores por haz
•Posición del haz de conductores en la
geometría de la LT
•Cables de guarda
•Tipo de circuito
CONSIDERACIONES EN LA METODOLOGIA MARKT Y MENGELE
•El suelo es supuesto una superficie plana y conductora
•los conductores son considerados cilíndricos
•Se desprecia la influencia de estructuras u otros objetos en la extremidades
•No existe carga libre espacial
RELACIÓN MATRICIAL
VP *1
El problema de contornos, se resuelve a partir de la geometría de la LT y de la especificación de los potenciales en los conductores
DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA
= matriz columna compleja de orden 1*n,
es la
carga de cada conductor.
V= matriz compleja de orden 1*n, y son los
potenciales de cada conductor equivalente en
relación a tierra.
P= matriz real de orden n*n, y representa
los
coeficientes de potencial de Maxwell.
METODOLOGIA DE MARKT Y MENGELE
NNe RrNr
11**
N= numero de subconductoresr= radio de cada subconductorR= radio del haz S= distancia entre los subconductores del mismo
haz
)(*2N
sin
SR
Número de subconductores
Distancia entre subconductores
(cm)
Diámetro del haz (cm)
2 45.72 45.72
3 45.72 52.80
4 45.72 64.70
6 45.72 91.40
8 45.72 101.60
VARIACIÓN DEL DIÁMETRO EQUIVALENTE
i
iii r
hP
*2ln*
**2
1
0
ij
ij
ij dd
P'
0
ln***21
i diferente de j.
MATRIZ DE COEFICIENTES DE MAXWELL
IMPORTANCIA DE LOS GRADIENTES SUPERFICIALES
•Factor importante en relación al efecto corona y las perdidas causadas por este efecto
•Radio interferencia (RI) y ruido audible (RA)
•Selección y dimensiones de los conductores
CAMPO ELÉCTRICO POR SUBCONDUCTOR
Nr
Eav
0**2
1
Debido a su propia carga por unidad de longitud
GRADIENTE EN LA SUPERFICIEDE LOS CONDUCTORES
cos11 N
D
dEE avn
D es el diámetro equivalente del haz
d es el diámetro del conductor
CAMPO RADIAL GENERADO
Req PP
EmaxEmax
2r2r
EmaxEmax
EmaxEmax
EmaxEmax
CAMPO ELÉCTRICO VECTORIAL
LA VARIACIÓN DEPARAMETROS EN LT
VARIACIÓN DE GRADIENTES EN LÍNEA HORIZONTAL
1 2 3 4 5 6 7 80
5
10
15
20
25
30
35VARIACIÓN DE LOS GRADIENTES SUPERFICIALES
NUMERO DE SUBCONDUCTORES
GR
AD
IEN
TE
S (
kV
/cm
)
FA Y FC FB FA Y FC FB FA Y FC FC FA Y FC FB
500 Kv
400 Kv
230 Kv
110 Kv
Coordenada
(X)
Coordenada
(Y)
Diámetro
(cm)
Conductor
-5.45 31.00 2.960 Fase A
5.15 34.50 2.960 Fase B
-5.15 38.00 2.960 Fase C
2.60 41.00 0.820 Ground
-2.60 41.00 0.820 Ground
GEOMETRÍA DE LA LÍNEA
CE EN UNA LÍNEA ASIMETRICA A DIFERENTES TENSIONES
-40
-36
-32
-28
-24
-20
-16
-12
-8 -4 0 4 8
12
16
20
24
28
32
36
40
CE
11
0 k
V
CE
23
0 k
V
CE
50
0 k
V
0
1
2
3
4
5
6
7
8
(kV/m)
Distancia al eje central
CAMPO ELÉCTRICO A DIFERENTES TENSIONES
CE 110 kV
CE 230 kV
CE 500 kV
MÁX GRADIENTES SUPERFICIALES
TENSIÓN (kV) GRADIENTE SUPERFICIAL (kV/cm)110 6.98230 14.59500 31.71
-40
-36
-32
-28
-24
-20
-16
-12
-8 -4 0 4 8
12
16
20
24
28
32
36
40
CE 100 A
CE 300 A
CE 500 A
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
(kV/m)
Distancia al eje central
CAMPO ELËCTRICO PARA DIFERENTES CORRIENTES
CE 100 A
CE 300 A
CE 500 A
CE A DIFERENTES CORRIENTES
CORRIENTES (A) GRADIENTE (kV/cm)100 14.59300 14.59500 14.59
GRADIENTES SUPERFICIALES
CE VARIANDO EL NÚMERO DE SUBCONDUCTORES
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5 0 5
10
15
20
25
30
35
40
CE N=1 (230kV)
CE N=2 (230kV)
CE N=3 (230 kV)
CE N=4 (230kV)
CE N=5 (230kV)0
1
2
3
4
5
6
7
(kV/m)
Distancia al eje central
CE PARA DIFERENTE NÚMERO DE SUBCONDUCTORES
CE N=1 (230kV)CE N=2 (230kV)CE N=3 (230 kV)CE N=4 (230kV)CE N=5 (230kV)
Con el fin de aumentar la capacidad y reducir la inductancia
GRADIENTES SUPERFICIALES VARIANDO EL NÚMERO DE
SUBCONDUCTORES
GRADIENTES SUPERFICIALESN (kV/cm)
N=1 14.59N=2 10.79N=3 8.64N=4 7.34N=5 6.47
RUIDO AUDIBLE
RUIDO AUDIBLE
Es una de las principales manifestaciones del efecto corona, está relacionado con el campo
eléctrico en los conductores, condiciones metereológicas, parámetros y configuración de la
línea.
METODOLOGÍA EPRI
KnEn
dNA
665
1.39log44log201
1. Obtención de la función encargada de generar la potencia acústica
METODOLOGÍA EPRI (2)
2. Inclusión de los efectos tanto de propagación como de absorción del medio
RRAPaP 02.0log101)20(
3. Contribución de cada conductor al RA final
n
i
Ptotal
idBP1
10/10log10)(
DISTRIBUCIÓN DE LOS POTENCIALES ELÉCTRICOS EN EL ESPACIO PARA LA LT DE 500 kV
FASE A(Kv/cm)
FASE B(Kv/cm)
FASE C(Kv/cm)
29.0169
31.0062 29.0169
GRADIENTES SUPERFICIALES EN LOS CONDUCTORES
RA EN UNA LÍNEA DE 500 kV
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
eje x ( m )
eje
y (
dB
)
PERFIL LATERAL DE RUIDO AUDIBLE (HEAVY-RAIN y WET-CONDUCTOR)
Heavy Rain Wet-Conductor
PERFIL DE RUIDO AUDIBLE SEGÚN LO ESTIPULADO POR LA IEEE Y EL EPRI
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70RUIDO AUDIBLE
DISTANCIA (m)
RU
IDO
AU
DIB
LE
(dB
) 500 kV Lluvia Fuerte
500 kV Conductor Mojado
230 kV Conductor Mojado
230 kV Lluvia Fuerte
RUIDO AUDIBLE CONFIGURACIÓN HORIZONTAL
CLASIFICACIÓN DE LA AUDIBILIDAD
MEDICIÓN SEGÚN (IEEE)
15 m
Posición del micrófono con respecto a la línea o fuente
RUIDO TÍPICO SEGÚN IEEE
Línea con Corona y lluvia, medición a 15 m transversales, del vano
Línea doble circuito a 230 kV, 60 Hz, secuencias de fase ABC y CBA, conductor de fase ACARD1200
MEDICIÓN DE RUIDO (15 m)
BT= buen tiempo
MT= mal tiempo
Segun IEEE
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Frecuencias
dB
Minimo BT
LEQ BT
Minimo MT
LEQ MT
VALOR DEL RUIDO CON EL LEQ EN EL PERFIL TRANSVERSAL
LEQ a varias distancias
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Frecuencias
dB
LEQ (0 m)
LEQ (15 m)
LEQ (30 m)
Buen Tiempo
PERFIL LATERAL SEGÚN IEEE
PERFIL LATERAL DEL RUIDO
PERFIL LATERAL
0
10
20
30
40
50
60
70
0 15 30DISTANCIA TRANSVERSAL (m)
dB
PL MT LEQ
PL MT min
PL BT LEQ
PL BT min
40
50
60
-50 -25 0 25 50
L-50 R A INL-5 R A INL-50 FA IR
D is tance ( m e te rs )
Aud
ible
Noi
se -
dB
(A)
A udib le N oise P ro file
PERFIL LATERAL DEL RUIDO SIMULADO (EPRI)
RADIO INTERFERENCIA (RI)
METODOLOGÍA EPRI
1. función de excitación ()
2. Determinación de los voltajes y corrientes (i) inyectadas a los
conductores
nr kd
dn
8.3
log38,
2*
0
C
I 000 IZV
TECNICAS DE HALLAR EL CAMPO DE RI
Un solo conductor
Varios conductores
rH
XH
HE
2ln
2
1
22
2
1
1 1)()(
)()(
2
n
a
n
bba
bk
ak
k
WWE
ANALISIS MODAL
1. Caracterización de las ondas que se propagan según el circuito
2. Encontrar las matrices de impedancia y admitancias de la LT
3. A partir de las matrices anteriores hallar la matriz de transformación modal y las constantes de atenuación
4. Separar los efectos de las fases
ANALISIS MODAL (2)
Hallar los eingevectores de B, representados por
Determinar la matriz de transformación modal
YZB
02 SSB
)(Beig
EJEMPLO LÍNEA DE 500 kV
Modos Constante de propagación
Constante de atenuación
1 0.010908 -3.056604
2 0.010549 -0.396835
3 0.010482 -0.052818
PERFIL DE RI EN LÍNEA DE 500 kV
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 2081.5
82
82.5
83
83.5
84
84.5
85
85.5
eje x ( m )
eje
y (
dB
)
PERFIL DE RADIO INTERFERENCIA
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55VARIACIÓN DE RI SEGÚN UNA EMISORA QUE TRANSMITA A UNA POTENCIA DE 100 dB
DISTANCIA EN Km
RI
EN
dB
RELACIÓN ENTRE SNR Y RI
22 FFLSRI rad
CONCLUSIONES
•Se han implementado las metodologías propuesta, en un programa computacional elaborado en Matlab.
•Se ha podido analizar la afectación que producen ciertos parámetros de las líneas de transmisión tanto en los campos eléctricos, como los fenómenos generados.
•Se puede empezar a pensar en el diseño optimo de estructuras de líneas de transmisión, teniendo en cuenta todos los parámetros antes citados.