Resumen de un estudio típico de interferencia

Una tubería, una vía férrea o cables de telecomunicaciones (mencionados aquí como la línea expuesta), que comparten un corredor común con líneas de transmisión o de distribución eléctrica de CA, capturan una porción de la energía del campo electromagnético generado alrededor de las líneas generadoras de electricidad en el aire y en el suelo. Dicha energía capturada, frecuentemente designada como la interferencia por CA, puede resultar en riesgos de descarga eléctrica para aquellos quienes toquen las líneas expuestas o las estructuras metálicas conectadas a ellas o aquellos quienes simplemente se encuentren de pie cerca de ellas.  Además, excesivas tensiones de estrés a lo largo de los rieles, de pares telefónicos o en las paredes de las tuberías y en las superficies del recubrimiento pueden resultar en degradación o daño para el equipo y en perforaciones del recubrimiento del tubo, originando una corrosión acelerada y pueden, igualmente, causar daños en las bridas y en los rectificadores de aislamiento. En el caso de un extremo incremento de potencial del suelo, la pared misma de la tubería se puede dañar o perforar. Excesivas tensiones de riel a riel (diferencia de potenciales entre los rieles) pueden comprometer la operación normal de la señal y de los sistemas de protección de las vías férreas. Excesivo ruido de frecuencia industrial inducido en los cables de telecomunicaciones puede degradar la calidad de la señal de los cables.

La interferencia electromagnética causada por líneas de transmisión y distribución eléctrica en elementos de empresas de servicios públicos metálicos que se encuentren cerca de dichas líneas, como oleoductos, gasoductos y tubos de agua, vías férreas y cables de telecomunicaciones ha aumentado significativamente en los últimos años. Esto se debe al tremendo incremento en los niveles de la corriente de carga y de corto circuito que son el resultado de la demanda creciente de energía. Otra razón para los niveles crecientes de interferencia se genera a partir de la preocupación creciente en el aspecto ambiental, el cual impone la obligación sobre varias empresas de servicios públicos de compartir corredores comunes a fin de minimizar el impacto sobre la vida salvaje y otras amenazas relacionadas con la naturaleza.

La causa y el efecto de la interferencia por CA a partir de líneas de generación eléctrica sobre elementos de empresas de servicios públicos adyacentes son bien entendidas y los códigos y estándares pertinentes se encuentran bien documentados. Se han desarrollado diversos métodos y herramientas de software para analizar y efectuar los cálculos de los niveles de interferencia CA. Del mismo modo, se han implementado ampliamente varias técnicas de mitigación a fin de reducir los niveles de interferencia CA a límites seguros. El presente documento describe los métodos esenciales y los pasos para efectuar un estudio de interferencia por CA.

Lo que sigue es una descripción de los objetivos y las tareas asociadas con un estudio típico de interferencia eléctrica que se lleva a cabo en una o más líneas expuestas debido a su proximidad con líneas de transmisión que se encuentran presentes en el mismo corredor.

Objetivos

Los objetivos principales de un estudio de interferencia se presentan a continuación:

• Determinar qué tipo de mitigación se requiere para reducir los potenciales de las líneas expuestas a niveles menores que aquel del nivel máximo dado en la totalidad de un derecho de vía en condiciones estables del peor caso posible. Este nivel es normalmente de 15 voltios, pero puede ser de hasta 50 voltios en algunas áreas o de hasta 10 voltios en algunas otras.
• Elaborar diseños de mallas de control de gradiente a fin de proteger las dependencias expuestas, tales como instalaciones de válvulas de tuberías en condiciones de falla, por medio de los criterios de seguridad IEC 479 o ANSI/IEEE 80-2000. Verificar también que las tensiones de contacto en dichas instalaciones sean menores de 15 V en condiciones estables del peor caso posible. Dicho requerimiento se describe en el estándar internacional NACE RP0177-2007 y el estándar CSA C22.3 No. 6 - M1991. El folleto técnico CIGRÉ WG 36.02 No. 95 del año 1995 proporciona lineamientos similares. Para vías férreas, se deben utilizar los estándares AREMA o equivalentes. Estándares similares se aplican para otros tipos de líneas expuestas.
• Determinar las tensiones máximas de estrés que se presentan en condiciones de falla a lo largo de las líneas expuestas. Estas tensiones de estrés no deben exceder los límites prescritos. De ser necesario, diseñar medidas de mitigación para reducir estas tensiones de estrés.

Las tareas involucradas en un estudio de mitigación de la interferencia son las siguientes:

Configuración del proyecto

Recolección de datos y revisión: proporcione una descripción detallada de los datos requeridos para el estudio tan pronto como esté listo para efectuar el trabajo.

Selección de las instalaciones para las mediciones de la resistividad del suelo.

Cursos presenciales de entrenamiento del grupo que lleve a cabo las mediciones de la resistividad del suelo y la preparación asociada con ello (si es necesario): es importante que el personal que efectúe las mediciones comprenda completamente los procedimientos que se deben llevar a cabo a fin de obtener las lecturas correctas y la manera de solucionar cualquier problema que se pueda presentar. El personal debe utilizar equipo especial para clasificar un ruido de 50/60 Hertz que fluya a tierra o que sea inducido en los conductores del equipo por el campo magnético que rodee la línea de transmisión de CA. También deben minimizar el acoplamiento entre los conductores y el acoplamiento entre las diferentes partes del equipo. Además, debe evitar la influencia de conductores desnudos enterrados. Tales procedimientos requieren un equipo de prueba adecuado, técnicas de medición correctas y un constante monitoreo de las lecturas a fin de evitar anomalías de tal suerte que se puedan implementar rápidas acciones correctivas.

Mediciones de la resistividad del suelo (por el grupo entrenado o el personal calificado).

Asistencia técnica telefónica o por fax del personal que lleve a cabo las mediciones de la resistividad del suelo: dicho aspecto será de especial importancia durante los días que sigan la capacitación puesto que es probable que el personal tenga preguntas. Del mismo modo, durante dicho periodo se deberán monitorear de cerca las lecturas a fin de identificar señales de problemas.

Interpretación de las mediciones de la resistividad del suelo.

Es importante que las mediciones de la resistividad del suelo se resuelvan en estructuras de suelo multicapa para que la interferencia conductiva a partir de las estructuras de la línea de transmisión en falla sea calculada apropiadamente a fin de que se diseñen los sistemas necesarios de puesta a tierra y de mitigación del control de gradiente de forma segura y económica.

Modelo Right-of-Way.

Se debe crear un modelo detallado que incluya líneas de transmisión eléctrica, tuberías, vías férreas, líneas de telecomunicaciones y cualquier instalación asociada (por ejemplo, centrales eléctricas, subestaciones), así como la puesta a tierra (por ejemplo, ánodos de sacrificio, puesta a tierra de la torre/del poste) para tener en cuenta las interacciones de todas aquellas entidades en la determinación de los niveles de interferencia inductiva y conductiva en las líneas expuestas. Es importante incluir los hilos de tierra aéreos, los conductores de neutro, otras líneas metálicas cercanas o conductores que no se encuentren explícitamente en estudio al igual que los anclajes de cables de sujeción conectados a los hilos de tierra aéreos.

Simulaciones en carga.

En condiciones de carga de la línea de transmisión, la interferencia inductiva del campo magnético constituye esencialmente toda la interferencia presente, una vez que la línea expuesta se construye: la preocupación principal aquí se presenta en los potenciales de la línea (los cuales causan tensiones de contacto y de paso y otras posibles tensiones de estrés del equipo). En el estudio de las condiciones de carga, es importante considerar el posible desbalance de la fase. Se debe examinar la influencia de significativos armónicos de corriente en condiciones estables, si se aplica.

Simulaciones en condiciones de falla.

En condiciones de falla, los niveles de interferencia conductiva (a través de la tierra) e inductiva se deben combinar para efectuar los cálculos de los potenciales de la línea expuesta, las tensiones de estrés y las tensiones de contacto y de paso. Las fallas se deben simular en intervalos representativos en todo el corredor de utilización compartida (preferiblemente en cada estructura de cada línea de transmisión, en la medida de lo posible) y se deben considerar apropiadamente las corrientes inyectadas a tierra por las estructuras de la línea de transmisión. Se deben calcular las tensiones de estrés y las tensiones de contacto en ubicaciones representativas en toda la longitud del corredor.

Modelos de centrales eléctricas y subestaciones.

El modelado estructural de los sistemas de puesta a tierra de cualquier central eléctrica o subestación cercana a las líneas expuestas en estudio será necesario a fin de estimar las tensiones transferidas a través de la tierra en condiciones de falla. Las centrales eléctricas que se encuentren directamente conectadas a las líneas expuestas en estudio se deberán también modelar.

Diseño de mitigación: Hilos de control de gradiente.

Este paso determina la extensión requerida de los hilos de control de gradiente en términos de las zonas a lo largo de toda la longitud expuesta. Las características de los elementos del hilo de mitigación en cada zona se deben determinar en función del modelo de suelo multicapa y los niveles de interferencia: por ejemplo, el número de hilos requerido y si se deben ubicar de nuevo o remover los conductores de contrapesos existentes asociados con la puesta a tierra de la estructura de la línea de transmisión.

Mallas de control de gradiente para dependencias expuestas.

Si se requiere, se deben elaborar diseños del sistema de puesta a tierra para las dependencias de la línea expuesta en las cuales las tensiones de contacto y de paso aún sigan siendo excesivas añadiendo hilos de control de gradiente.

Reporte final.

Se debe presentar un informe tipo carta o un informe impreso detallado al momento de finalizar el estudio. Los elementos principales que se deben incluir son los siguientes:

• Estructuras de suelo multicapa tabuladas a partir del análisis de la resistividad del suelo multicapa.
• Gráficas que comparen los valores de la resistividad aparente del suelo con aquellos generados por los suelos multicapa equivalentes obtenidos a partir de la interpretación de las mediciones.
• Gráficas de los potenciales de la línea expuesta en función de la posición a lo largo del corredor, para las condiciones de carga en el peor caso posible, con y sin la mitigación propuesta.
• Gráficas de los potenciales de la línea expuesta y las tensiones de estrés que resulten de la inducción magnética en función de la posición a lo largo del corredor para todas las fallas modeladas con o sin mitigación.
• Gráficas de las tensiones de contacto y de paso de la línea expuesta que resulten de los efectos combinados de la interferencia conductiva procedentes de las estructuras de la línea de transmisión en falla cercana y la interferencia inductiva para instalaciones representativas con y sin mitigación.
• Gráficas en perspectiva y de planta de las tensiones de contacto asociadas con todos los diseños requeridos de mallas de control de gradiente para las dependencias de la línea expuesta.

Una pregunta frecuentemente

¿Cuánto tiempo es necesario para recopilar los datos de la resistividad del suelo de todos los 500 km de la tubería y adquirir más datos de campo?

Además, se mencionó en otra parte que las mediciones se deben tomar a espaciamientos de al menos 100 m ¿o acaso comprendí mal? La tubería intersecta y corre paralela a las líneas de transmisión de 200 kV y 400 kV por una considerable distancia de toda la longitud.   También cruza una cantidad de otras tuberías en las mismas inmediaciones de las líneas de transmisión.

El tiempo requerido para medir los datos requeridos de la resistividad del suelo en la totalidad de los X km de la tubería depende de múltiples factores, incluyendo el número de horas de luz del día durante el proceso de medición, la facilidad de acceso a las instalaciones del lugar y el terreno. Vimos un equipo de dos personas que completaron dos instalaciones de mediciones por día, en las que cada una de las instalaciones de medición requería aproximadamente 15 mediciones a un espaciamiento de los electrodos siguiendo el método de Wenner de entre 0.5 y 100 m (entre electrodos adyacentes). Se seleccionaron instalaciones de medición en lugares donde se esperaban niveles particularmente altos de interferencia, en dependencias que se ubican a intervalos de 2 km o menos dentro de las zonas de interferencia o cerca de ellas, en donde el espaciamiento real requerido dependiera del grado de uniformidad de la estructura del suelo a lo largo de toda la longitud de la trayectoria de la línea expuesta.

Tenga en cuenta que se debe prestar especial atención cuando se selecciona el equipo de medición de la resistividad del suelo, cuando se eligen las ubicaciones exactas del perfil de medición para llevar a cabo tales mediciones y cuando se efectúan las mediciones a fin de asegurarse de que los resultados sean satisfactorios. SES puede proporcionarle un completo soporte en este aspecto. No se requieren ningunos otros datos de campo si las gráficas y los datos suministrados por las empresas de gas o de electricidad son completos y precisos. Sin embargo, no se debe subestimar la tarea de recolección de datos, puesto que los datos son frecuentemente incompletos o no son claros y requieren clarificaciones sobre su contenido o incluso revisiones de campo. Las mediciones de la resistividad del suelo se efectuaron sobre un considerable rango de profundidades, porque las tensiones transferidas a la ubicación de la línea expuesta por las torres o los postes de la línea de transmisión en falla se pueden ver influenciadas grandemente por las resistividades del suelo de capas más profundas, porque pueden afectar el rendimiento de largos hilos de mitigación de control de gradiente: como se describe en el documento que se le transmitió previamente, las capas del suelo pueden presentar diferencias en el orden de la magnitud con respecto a los niveles de interferencia conductiva y el rendimiento de la mitigación. Poseer dichos datos permite un modelado preciso y, finalmente, diseños de mitigación más económicos.

SES recomienda la utilización del paquete de software CDEGS para el análisis y la labor de diseño asociados con un estudio de interferencia por CA. Haga clic aquí para visualizar el árbol de decisiones.

Tenga en cuenta que ECCAPP, un paquete de software dedicado a estudios de interferencia CA y desarrollado por SES para EPRI y A.G.A/PRC conjuntamente, se basa en versiones anteriores de los módulos de software de ingeniería MALZ/TRALIN/SPLITS (versiones del año 1985). Actualmente, puede modelar solamente suelos homogéneos, una seria limitación para el estudio de la interferencia conductiva en suelos no homogéneos (errores del orden de magnitud pueden presentarse como resultado de ello).

Otros múltiples paquetes de software utilizados actualmente por otros consultores se basan igualmente en suposiciones de suelos uniformes.  Se deberán evitar los paquetes de software que exhiban tales limitaciones.