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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMÁN Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología

TRANSMISION EN MUY ALTA TENSION RUIDO AUDIBLE Y RADIO INTERFERENCIA

ALUMNO: Delani, Joaquín Javier AÑO: 2017

 Introducción En esta monografía se estudiaran los fenómenos de ruido audible y radio interferencia en líneas de extra alta tensión. Se dará una información para ambos fenómenos de cómo se generan y en qué consisten, cuales son los inconvenientes que generan, como se determina el máximo valor admisible, como se lo mide, etc. Ya que ambos fenómenos son consecuencias del efecto corona daremos una breve descripción de que es el efecto corona.

 Efecto corona El efecto corona consiste en un efecto de conductividad entre los conductores y tierra debido a la ionización del aire producida por un gran campo eléctrico circundante al conductor. En general este fenómeno sucede para tensiones mayores a 200 kV y en condiciones de mal tiempo (el conductor se encuentra mojado o cubierto de gotas de lluvia). Para que se produzcan descargas por efecto corona se necesita que el campo circundante al conductor supere un valor de campo crítico. Este campo crítico tiene un valor de 30 kV/cm en el aire a condiciones normales de presión y temperatura. Este campo crítico disminuye con el aumento de la temperatura y aumenta con el aumento de la presión. Las principales consecuencias del efecto corona son: (i) (ii) (iii) (iv)

Aumento de las capacidades parciales Aumento de la energía reactiva que debe ser proporcionada por el generador Pérdida de potencia Ruido e Interferencia (estas son las que estudiaremos)

Ruido audible 

Generación y características

Cuando se presenta el efecto corona en los conductores, las líneas de extra alta tensión generan un ruido audible el cual es especialmente alto durante el mal tiempo. El ruido es una banda ancha, la cual se extiende desde ondas de muy baja frecuencia hasta los 20 kHz. Las descargas de efecto corona generan iones positivos y negativos los cuales son atraídos y repelidos alternativamente por la inversión periódica de la polaridad de excitación alterna. Su movimiento genera ondas de presión y sonido a frecuencias del doble la frecuencia de potencia y sus múltiplos, en adición al espectro de banda ancha resultante de los movimientos aleatorios de los iones, así como se muestra en la figura 1. El sonido tiene un tono puro superpuesto al ruido de banda ancha. Debito a las diferencias en los movimientos iónicos entre las excitaciones de CA y CC, líneas de CC presentan solo ruido de banda ancha, y por lo tanto, a diferencia de líneas de CA, el sonido generado por líneas de CC es prácticamente igual en condiciones de buen y mal clima. Como el ruido audible (RA) es artificial, se lo mide de la misma manera que a otros tipos de sonidos artificiales como ser el ruido de aeronaves, automóviles, transformadores, etc.

El ruido audible puede convertirse en un serio problema desde puntos de vista psicoacustico, llevando a la locura debido a la perdida de sueño por la noche de los habitantes que residen cerca de una línea de extra alta tensión. Este problema entro en foco en la década de 1960 con la energización de líneas de 500 kV en Estados Unidos. Los entes reguladores no han podido determinar límites para los RA provenientes de líneas de transmisión debido a que no existen regulaciones para otras fuentes de ruidos artificiales. El problema queda como un problema social que tiene que ser resuelto por la opinión pública.

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Límites para RA

Dado que no existen legislaciones que determinan los límites para fuentes de RA artificiales, las compañías eléctricas y los ambientalistas han determinado limites desde el punto de vista de las relaciones públicas el cual las compañías eléctricas han aceptado desde un punto de vista moral. Al hacer esto, como cualquier otro tipo de interferencia, se deben realizar pruebas de escucha sobre personas. Tales pruebas objetivas son realizadas por cada organización de servicios públicos. La primera de esta serie de pruebas que fue realizada en un una línea de 500 kV de Bonneville Power Administration (B.P.A.) en Estados Unidos es conocida como el criterio Perry. Los límites de RA fueron los siguientes: Sin quejas: Menos de 52,5 dB (A) Pocas Quejas: De 52,5 dB (A) a 59 dB (A) Muchas Quejas: Más de 59 dB (A) La notación (A) denota que el ruido fue medido en un medidor con un filtro asignado como ponderación A.

El diseño de dimensiones de líneas de extra alta tensión es ahora gobernado principalmente por la necesidad de limitar los valores de RA a los valores recién mostrados. La selección del ancho del corredor de línea o el derecho de vía, donde se puede permitir que se ubique la casa más cercana, si determinado por los límites de RA de 52,5 dB(A), será adecuado desde otros puntos de vista para niveles de 1000 a 1200 kV. El ruido audible generado por la línea es función de los siguientes factores: (a) (b) (c) (d) (e)

El gradiente de tensión en la superficie de los conductores, El número de sub conductores del haz, Diámetro del conductor, Condiciones atmosféricas, La distancia lateral (o distancia aérea) desde los conductores de línea hasta el punto donde se evalúa el sonido.

El fenómeno entero es de naturaleza estadística, así como todos los problemas relacionados con diseños de líneas de extra alta tensión, debido a las condiciones atmosféricas. Mientras el criterio Perry está basado en las experiencias de escucha de grupos de prueba humanos, y los lineamientos son dados para RA provenientes de líneas de extra alta tensión en la ubicación de lugares inhabitados, otra clase de RA artificiales no siguen estos límites. Un segundo criterio para la determinación de límites y que evalúa el valor molesto de fuentes de RA es llamado el nivel de ruido “Equivalente Día-Noche”. Este está basado no solo en la variación del RA con las condiciones atmosféricas sino que también con las horas de día y de noche durante un periodo de 24 horas. La razón

es que determinado nivel de ruido puede ser tolerado durante las horas del día que uno está despierto, cuando el ruido en el ambiente es alto, no puede ser tolerado durante las horas de sueño de la noche cuando no están presentes los ruidos en el ambiente. De acuerdo al criterio Día-Noche, un nivel de ruido de 55 dB(A) puede ser utilizado como límite en vez de 52,5 dB(A) según el criterio Perry. Desde un punto de vista estadístico, se considera que estos niveles existen en un 50% del tiempo durante horas de lluvia. Estos son determinados como niveles L50.

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Micrófonos

Los instrumentos para la medición de ruido audible son de una construcción muy sencilla, como se muestra en la figura 18. Estos cumplirán con los estándares especificados en cada país, por ejemplo ANSI, ISI o IEC, etc. La entrada del sistema de medición de RA consiste en un micrófono. Se utilizan 3 tipos de micrófonos para la medición de RA en líneas de transmisión de extra alta tensión y su equipamiento. Estos son (i) capacitor de aire, (ii) cerámico y (iii) electret (ferro eléctrico polarizado). Los micrófonos de capacitor de aire son muy estables y presentar una respuesta a mayor frecuencia. Los cerámicos son los más resistentes. Como el RA es un fenómeno que se presenta en mal tiempo, es necesario que el micrófono tenga una adecuada protección contra la lluvia. Además, los micrófonos electret requieren un voltaje de polarización así que la fuente (usualmente una batería) también será expuesta a la lluvia y deber ser protegida correctamente.

Algunos de los micrófonos utilizados en la medición del RA en líneas de extra alta tensión son los General Radio modelo 1560-P o 1971-9601, o Bruel and Kjor modelo 4145 o 4165. Los modelos GR tienen protección contra la lluvia. Como los niveles de RA de una línea de transmisión son mucho menores que, por ejemplo, los aviones o sonidos de arranque, se utilizan micrófonos de un diámetro de 1” aunque algunos utilizan de ½”, los cuales tienen más sensibilidad que los de 1”. Por lo tanto, el tamaño no es un factor determinante.

La característica más importante de los micrófonos es la respuesta en frecuencia. Al realizar las mediciones de RA, es evidente que el ángulo entre el micrófono y la fuente no es siempre 90°, así que el ángulo de tierra determina la respuesta en frecuencia. Algunas características típicas se muestran en la figura 19.

Los niveles de RA son estadísticos por naturaleza y las mediciones prolongadas realizadas se realizan protegiendo los micrófonos de la lluvia, el viento, animales y aves. Algunos de los refugios típicos utilizan pantallas de viento con una cobertura de silicona. También se utilizaron coberturas para el viento de goma espuma, las cuales tienen una innegable atenuación para el sonido, particularmente para la red de ponderación A. Todas las coberturas para el viento deben estar calibradas y el fabricante debe proporcionar estos datos. La goma espuma absorbe el agua y debe ser exprimida periódicamente y se le debe aplicar una capa de silicona.

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Redes de ponderación

Hay 5 redes de ponderación designadas por las leas A-E en medidores de nivel de presión acústica. La red de ponderación “A” fue asignada particularmente para tener aproximadamente la misma respuesta que el oído humado, mientras que la red “C” tiene una respuesta plana hasta los 16 kHz. La red “A” es también poco susceptible a ráfagas de viento. Es también preferido por los Departamentos de Relaciones Laborales para evaluar los efectos psicológicos y fisiológicos de los ruidos en ambientes ruidosos como industrias, estaciones transformadoras, etc. En la figura 16 (a) se muestran las respuestas de las redes A, B y C, mientras que en la figura 16 (b) se comparan las respuestas de redes A y D. La red de ponderación A es ampliamente utilizada para fuentes relativamente no direccionales. Se puede observar en estas curvas de la red C provee una respuesta esencialmente plana de 20 Hz a 10 kHz. El oído humano presenta una respuesta plana para niveles de presión acústica de hasta 85 dB o más. A niveles más bajos de presión acústica, el oído humano no tiene una respuesta plana con la frecuencia, por eso se prefieren las redes A y B. La red A es

usada para niveles de presión acústica de hasta 40 dB y B para niveles de hasta 70 dB. En algunos lugares la red A es conocida como la red 40 dB. También es utilizada para mediciones de ruido de transformadores.

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Fórmulas para ruido audible y uso en diseño

El ruido audible proveniente de líneas varía con las condiciones ambientales. Esto significa que no hay una cantidad o nivel de RA que puede ser considerado como el nivel de ruido audible de una línea. Todos los diseñadores aceptan 2 niveles: nivel L50 y nivel L5. Estos se definen de la siguiente manera: L50: es el nivel de ruido audible medido con una red de ponderación A la cual excede el 50% del tiempo en periodos de lluvia, usualmente a lo largo de un año. L5: similar al L50, salvo que excede un 5% del tiempo total. El nivel L5 es utilizado para describir los niveles de ruido en lluvia pesada, el cual es generado en pruebas de lluvia artificial. Estos son llevados a cabo en “cajas de prueba” donde el aparato de lluvia artificial es usado, también como de líneas experimentales cortas al aire libre equipadas con tales aparatos. Existen muchas fórmulas empíricas para calcular los niveles de RA de una línea de extra alta tensión. Sin embargo, vamos a discutir una formula desarrollada por el B.P.A. de Estados Unidos. Es aplicable para las siguientes condiciones: (a) Todas las geometrías de línea con paquetes que tienen hasta 16 subconductores (b) Diámetro de sub-conductores entre 2 cm y 6,5 cm (c) El RA calculado es el nivel L50 en lluvia (d) Voltajes de transmisión entre 230 kV y 1500 kV, alterno trifásico

Refiriéndonos a la figura 2, el nivel de RA de cada fase medido en el punto M es, con i=1, 2, 3,… RA ( i )=120 log10 E am ( i ) +55 log10 d−11,4 log10 D ( i )−115,4 [ dB( A)]

Esto vale para N...