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<article-title xml:lang="es"><![CDATA[MITIGACIÓN DE CAMPO MAGNÉTICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN UTILIZANDO BUCLES PASIVOS]]></article-title>
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<article-title xml:lang="pt"><![CDATA[MITIGAÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO UTILIZANDO BUCLES PASSIVOS]]></article-title>
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<abstract abstract-type="short" xml:lang="en"><p><![CDATA[A simple method to determine the magnetic field generated by transmission lines is presented in this paper. The magnetic field calculation takes into account the mitigating effects of passive loops, including their optimal position in the line by applying genetic algorithms. Calculations results are validated by case reports published in the IEEE Transactions, software package for electromagnetic field analysis, and experimental data obtained from an implementation made in the power lines at a stadium lighting tower. After the analysis, the method&rsquo;s validity and feasibility of its application to transmission lines power systems are demonstrated.]]></p></abstract>
<abstract abstract-type="short" xml:lang="pt"><p><![CDATA[Neste artigo se apresenta um método simples para determinar o campo magnético gerado por linhas de transmissão. O cálculo do campo magnético leva em conta os efeitos de mitigação de loops passivos, incluindo sua localização ótima na linha mediante a aplicação de algoritmos genéticos. Os resultados dos cálculos são validados mediante reportes de casos publicados no IEEE, software de análise de campo eletromagnético e dados experimentais arrojados de uma implementação realizada nas linhas de alimentação das torres de iluminação em um estádio. Depois da análise, se demonstra a validade do método e a factibilidade de aplicá-lo em linhas de transmissão do sistema de potência.]]></p></abstract>
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</front><body><![CDATA[  <font face="Verdana" size="2">     <p align="center">&nbsp;</p> </font>     <p align="center"><font size="4" face="Verdana"><b>MITIGACI&Oacute;N DE CAMPO MAGN&Eacute;TICO DE L&Iacute;NEAS DE   TRANSMISI&Oacute;N UTILIZANDO BUCLES PASIVOS</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p align="center">&nbsp;</p> </font>     <p align="center"><font size="3" face="Verdana"><b>MAGNETIC FIELD MITIGATION OF TRANSMISSION LINES USING PASSIVE LOOPS</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p align="center">&nbsp;</p> </font>     <p align="center"><font size="3" face="Verdana"><b>MITIGA&Ccedil;&Atilde;O DE CAMPO MAGN&Eacute;TICO DE LINHAS DE TRANSMISS&Atilde;O UTILIZANDO BUCLES PASSIVOS</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p align="center">&nbsp;</p>     <p><b> Diego Ra&uacute;l Cadavid<sup>1</sup>,    David Alejandro Ram&iacute;rez<sup>2</sup> ,    Freddy Lopera<sup>3</sup>,  Andr&eacute;s Felipe Correa<sup>4</sup> </b></p>     <p><sup>1</sup> Ingeniero Electricista y Mag&iacute;ster en Ingenier&iacute;a, Universidad de Antioquia. Investigador Grupo de Manejo Eficiente de la Energ&iacute;a -GIMEL-, Universidad de Antioquia. <a href="mailto:dcadavid@udea.edu.co">dcadavid@udea.edu.co</a></p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p>  <sup>2</sup> Ingeniero Electricista, Universidad de Antioquia. Ingeniero, Ingenier&iacute;a de Alta Calidad. Medell&iacute;n, Colombia.   <a href="mailto:dalejandro80@yahoo.com">dalejandro80@yahoo.com</a></p>     <p>  <sup>3</sup> Ingeniero Electricista, Universidad de Antioquia. Ingeniero, Ingenier&iacute;a de Alta Calidad. Medell&iacute;n, Colombia.   <a href="mailto:frelopera@yahoo.com">frelopera@yahoo.com</a></p>     <p>  <sup>4</sup> Ingeniero Electricista, Universidad de Antioquia. Ingeniero, Ingelel, Medell&iacute;n, Colombia. <a href="mailto:andresfelipe30@hotmail.com">andresfelipe30@hotmail.com</a></p>     <p>Art&iacute;culo recibido 2-X-2009. Aprobado 21-V-2010 </p>    <p> Discusi&oacute;n abierta hasta diciembre de 2010</p> <hr /> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b>RESUMEN</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p>  En este art&iacute;culo se presenta un m&eacute;todo simple para determinar el campo magn&eacute;tico generado por l&iacute;neas   de transmisi&oacute;n. El c&aacute;lculo del campo magn&eacute;tico tiene en cuenta los efectos de mitigaci&oacute;n de bucles pasivos,   incluyendo su ubicaci&oacute;n &oacute;ptima en la l&iacute;nea mediante la aplicaci&oacute;n de algoritmos gen&eacute;ticos. Los resultados de los   c&aacute;lculos son validados mediante reportes de casos publicados en el IEEE, software de an&aacute;lisis de campo electromagn&eacute;tico   y datos experimentales arrojados de una implementaci&oacute;n realizada en las l&iacute;neas de alimentaci&oacute;n de   las torres de iluminaci&oacute;n en un estadio. Luego del an&aacute;lisis, se demuestra la validez del m&eacute;todo y la factibilidad de   aplicarlo en l&iacute;neas de transmisi&oacute;n del sistema de potencia.</p> </font>     <p><font size="2" face="Verdana"><b> <font size="3">PALABRAS CLAVE: </font></b>l&iacute;neas de transmisi&oacute;n; mitigaci&oacute;n de campo magn&eacute;tico; algoritmo gen&eacute;tico; bucle pasivo.</font></p> <font face="Verdana" size="2"> <hr /> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b>ABSTRACT</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p>  A simple method to determine the magnetic field generated by transmission lines is presented in this paper.   The magnetic field calculation takes into account the mitigating effects of passive loops, including their optimal   position in the line by applying genetic algorithms. Calculations results are validated by case reports published in   the IEEE Transactions, software package for electromagnetic field analysis, and experimental data obtained from an implementation made in the power lines at a stadium lighting tower. After the analysis, the method&rsquo;s validity    and feasibility of its application to transmission lines power systems are demonstrated.</p> </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p><font size="2" face="Verdana"><b> <font size="3">KEY WORDS: </font></b>transmission lines; magnetic field mitigation; genetic algorithm; passive loop.</font></p> <font face="Verdana" size="2"> <hr /> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b>RESUMO</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p>  Neste artigo se apresenta um m&eacute;todo simples para determinar o campo magn&eacute;tico gerado por linhas de   transmiss&atilde;o. O c&aacute;lculo do campo magn&eacute;tico leva em conta os efeitos de mitiga&ccedil;&atilde;o de loops passivos, incluindo   sua localiza&ccedil;&atilde;o &oacute;tima na linha mediante a aplica&ccedil;&atilde;o de algoritmos gen&eacute;ticos. Os resultados dos c&aacute;lculos s&atilde;o validados   mediante reportes de casos publicados no IEEE, software de an&aacute;lise de campo eletromagn&eacute;tico e dados   experimentais arrojados de uma implementa&ccedil;&atilde;o realizada nas linhas de alimenta&ccedil;&atilde;o das torres de ilumina&ccedil;&atilde;o   em um est&aacute;dio. Depois da an&aacute;lise, se demonstra a validade do m&eacute;todo e a factibilidade de aplic&aacute;-lo em linhas de   transmiss&atilde;o do sistema de pot&ecirc;ncia.</p> </font>     <p><font size="2" face="Verdana"><b><font size="3">PALAVRAS-C&Oacute;DIGO:</font></b> linhas de transmiss&atilde;o; mitiga&ccedil;&atilde;o de campo magn&eacute;tico; algoritmo gen&eacute;tico; loop passivo.</font></p> <font face="Verdana" size="2"> <hr /> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b>1. INTRODUCCI&Oacute;N</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p>  El campo magn&eacute;tico a frecuencia industrial   est&aacute; presente en la mayor parte de nuestro entorno,   dado que las l&iacute;neas de transmisi&oacute;n (LT) est&aacute;n ubicadas   tanto en zonas rurales como urbanas. Por esta   raz&oacute;n, es de gran inter&eacute;s para la comunidad cient&iacute;fica   y t&eacute;cnica y para algunos sectores gubernamentales   analizar los efectos sobre las personas y equipos   el&eacute;ctricos y electr&oacute;nicos asociados a la interacci&oacute;n   directa con campos magn&eacute;ticos. Este inter&eacute;s se ha   reflejado en la ejecuci&oacute;n de m&uacute;ltiples investigaciones   y la expedici&oacute;n de normas que establecen   l&iacute;mites de exposici&oacute;n a campos electromagn&eacute;ticos   (NIEHS EMF-RAPID Program Staff, 1999; Informe   de ICNIRP, 1998). En Colombia, por ejemplo, para   personas expuestas a campos electromagn&eacute;ticos,   el Reglamento T&eacute;cnico de Instalaciones El&eacute;ctricas -RETIE- (Minminas, 2008) limita la densidad de flujo magn&eacute;tico a 60 Hz en 100 uT.</p>     <p>  Por otro lado, los estudios coinciden en que   para abordar el problema de campos electromagn&eacute;ticos   se deben considerar dos pasos. El primero   consiste en calcular las intensidades de campo magn&eacute;tico   generados por las LT; en este sentido, varias   publicaciones t&eacute;cnicas se han presentado en la literatura.   De acuerdo con Memari y Janischewskyj (1996)   y Memari (2005), el c&aacute;lculo del campo magn&eacute;tico   producido por una LT comienza con el conocimiento   de su geometr&iacute;a y sus condiciones de carga, luego se   calcula como la suma vectorial del campo magn&eacute;tico   generado por cada conductor; este m&eacute;todo es ideal   para implementar en programas de simulaci&oacute;n. En   Kaune y Zaffanella (1992) se presentan expresiones   anal&iacute;ticas para calcular el campo magn&eacute;tico lejano,   sin embargo, no son adecuadas para determinar el   comportamiento del campo magn&eacute;tico cercano,   por ejemplo, debajo de la LT. En Pettersson (1996)   la expansi&oacute;n multipolar fue utilizada para derivar   expresiones anal&iacute;ticas simples de c&aacute;lculo de campo   magn&eacute;tico mediante la identificaci&oacute;n de vectores   espaciales de dos dimensiones (2D) con n&uacute;meros   complejos; el &uacute;nico problema es la confusi&oacute;n que   se genera al utilizar los n&uacute;meros complejos como   fasores. Filippopoulos y Tsanakas (2005) expusieron   un novedoso m&eacute;todo de c&aacute;lculo de campo   magn&eacute;tico   utilizando el doble n&uacute;mero complejo,   el cual usa dos unidades imaginarias y permite la representaci&oacute;n simult&aacute;nea de vectores y fasores; el   m&eacute;todo es v&aacute;lido para distancias lejanas y cercanas   a la l&iacute;nea. En este art&iacute;culo, el campo magn&eacute;tico ser&aacute;   calculado teniendo en cuenta diferentes aproximaciones   y suposiciones basadas en las anteriores referencias,   en particular aplicando las simplificaciones   presentadas en Cruz e Izquierdo (2003), de tal manera   que el error sea m&iacute;nimo, tanto para distancias   cortas como largas de la LT.</p>     <p>  El segundo paso para abordar el problema de   campos electromagn&eacute;ticos consiste en determinar la   efectividad y viabilidad de las t&eacute;cnicas de mitigaci&oacute;n.   En general, se han desarrollado diferentes t&eacute;cnicas   para determinar el apantallamiento del campo magn&eacute;tico;   se pueden encontrar expresiones anal&iacute;ticas   para geometr&iacute;as sencillas, y para las m&aacute;s complicadas   se utiliza t&eacute;cnica num&eacute;rica. En Cadavid <i>et al</i>. (2007)   se mencionan diversos m&eacute;todos para mitigar el   campo magn&eacute;tico producido por una LT, tales como   incrementar la distancia entre los conductores de la   LT, apantallar los conductores de la LT, balancear   las corrientes de fase, utilizar l&aacute;minas conductoras   y ferromagn&eacute;ticas, instalar bucles activos o pasivos   y reorganizar las fases en diferentes circuitos. En   este art&iacute;culo se implementa el efecto de mitigaci&oacute;n   de bucles pasivos considerando los procedimientos   presentados en Memari y Janischewskyj (1996), en   Memari (2005) y en Yamazaki, Kawamoto y Fujinami   (2000). La posici&oacute;n &oacute;ptima del bucle se determinar&aacute; mediante la aplicaci&oacute;n de algoritmos gen&eacute;ticos.</p>     <p>  Los resultados de los c&aacute;lculos son validados   mediante reportes de casos publicados en el IEEE,   software de an&aacute;lisis de campo electromagn&eacute;tico y   datos experimentales arrojados de una aplicaci&oacute;n   realizada en las l&iacute;neas de alimentaci&oacute;n de las torres de iluminaci&oacute;n en un estadio.</p> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b> 2. C&Aacute;LCULO DE CAMPO   MAGN&Eacute;TICO DE UNA L&Iacute;NEA DE TRANSMISI&Oacute;N</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     ]]></body>
<body><![CDATA[<p>  Para calcular el campo magn&eacute;tico en una LT, se acogen las siguientes suposiciones:</p>     <p>  1. Los conductores de la LT se consideran rectos   y horizontales, despreciando as&iacute; la flecha de la l&iacute;nea.</p>     <p>  2. El largo de la l&iacute;nea se supone infinito.</p>     <p>  3. Los conductores son cil&iacute;ndricos, el radio de los   conductores es peque&ntilde;o en comparaci&oacute;n con su longitud y la altura sobre el suelo.</p>     <p>  4. Se desprecian el desnivel del terreno, la resistividad   y los cambios de dicha resistividad debidos a condiciones ambientales.</p>     <p>  5. Se desprecia la influencia de estructuras como torres, soportes u otros objetos.</p>     <p>  Las anteriores suposiciones implican que se   tendr&aacute; la misma condici&oacute;n a lo largo de toda   la l&iacute;nea y, por tanto, s&oacute;lo es necesario realizar   c&aacute;lculos en un plano perpendicular al eje de la l&iacute;nea, es decir, en dos dimensiones.</p>     <p>  6. Se desprecia el efecto de las corrientes inducidas   en la tierra debido al campo magn&eacute;tico producido por las l&iacute;neas.</p>     <p>  7. Se desprecia el campo magn&eacute;tico producido por las corrientes eddy.</p>     <p>  En el reporte presentado por IEEE Magnetic   Fields Task Force (1998), se mostr&oacute; que el campo   magn&eacute;tico es afectado por la presencia de   las corrientes eddy, especialmente a largas distancias   de la l&iacute;nea. Cada corriente de retorno   est&aacute; en el subsuelo a una profundidad compleja, &delta;, dada por:</p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for1.gif" /></p>     <p>Donde <i>p</i><sub>g</sub> es la resistividad de la tierra y &fnof; es la frecuencia.</p>     <p>  Los valores t&iacute;picos de &delta; a 60 Hz est&aacute;n entre   500 m y 1000 m. Dado que las distancias consideradas   en este trabajo son muy inferiores a estos   valores, la influencia de las corrientes eddy   no se consider&oacute;.</p>     <p>  8. Se desprecia el efecto del campo magn&eacute;tico   producido por la corriente inducida en el cable   de guarda sobre la l&iacute;nea de transmisi&oacute;n.</p>     <p>9. Se desprecia el efecto de la corriente inducida entre las mismas fases.</p>     <p>  Cruz e Izquierdo (2003) muestran que, en   general, las anteriores suposiciones originan un error   menor del 5 % en los c&aacute;lculos totales del campo   magn&eacute;tico.</p>     <p>  En este trabajo, la base para el c&aacute;lculo del campo   magn&eacute;tico es la ley de Biot-Savart que, con base   en las suposiciones anteriores, permite determinar   el campo magn&eacute;tico en alg&uacute;n punto del espacio en   t&eacute;rminos de la corriente. Primero se calcul&oacute; el campo   generado por cada conductor que conforma la LT,   luego se sumaron vectorial y fasorialmente cada uno   de los campos para encontrar el campo total dado por:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for2.gif" /></p>     <p>Donde H<sub>i,j</sub> es la intensidad de campo magn&eacute;tico    en el punto j debido a la corriente I<sub>i</sub> ; r<sub>i,j</sub> es la distancia   desde el punto de medici&oacute;n (x<sub>j,</sub> y<sub>j</sub>) al conductor con corriente I<sub>i</sub>. El flujo magn&eacute;tico &Phi;<sub>i,j</sub> est&aacute; dado por:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for3.gif" /></p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p>Donde u<sub>x</sub> y u<sub>y</sub> son los vectores unitarios en la   direcci&oacute;n de los ejes horizontal y vertical respectivamente, como se muestra en la <a href="#(fig1)">figura 1</a>.</p>     <p align="center"><a name="(fig1)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig1.gif" /></a></p>     <p>La intensidad de campo magn&eacute;tico total est&aacute; dada por: </p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for4.gif" /></p>     <p>El procedimiento anterior se implement&oacute; en MATLAB 7.0; el archivo se denomina FMLOOP.</p> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b>  3. LAZOS DE CONDUCTORES   CERRADOS (BUCLES PASIVOS)</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p>  Una de las t&eacute;cnicas de mitigaci&oacute;n de campo   magn&eacute;tico se conoce como lazos de conductores   cerrados o bucles pasivos, que consiste en un circuito   paralelo a la l&iacute;nea de transmisi&oacute;n, ubicado entre la   l&iacute;nea y la tierra, en la zona de servidumbre, y que   consta de dos cables paralelos a la l&iacute;nea e interconectados   en sus extremos formando un lazo cerrado   o bucle, como se muestra en la <a href="#(fig2)">figura 2</a>.</p>       <p align="center"><a name="(fig2)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig2.gif" /></a></p>     <p>El campo magn&eacute;tico original de la LT induce   una corriente en el bucle que genera un flujo   contrario al de la l&iacute;nea, cancelando parcialmente el   campo original. La corriente inducida en el bucle   no tiene una fuente externa m&aacute;s que la l&iacute;nea misma,   lo cual indica que es proporcional a la cantidad de   corriente que lleva la l&iacute;nea. En general, la efectividad   de mitigaci&oacute;n del bucle depende de la corriente inducida,   del ancho y su ubicaci&oacute;n. De modo similar   a la l&iacute;nea de transmisi&oacute;n, se consideran las siguientes   suposiciones para calcular los par&aacute;metros del bucle (Cruz e Izquierdo, 2003):</p>     <p>1. La longitud del bucle es m&iacute;nimo 15 veces mayor que su anchura.</p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p>  2. Se desprecia la corriente inducida en los conductores de la LT por efecto del bucle.</p>     <p>  Para determinar el campo magn&eacute;tico producido   por el bucle, se deben seguir los pasos sugeridos   por Memari y Janischewskyj (1996), por Memari (2005) y por Yamazaki, Kawamoto y Fujinami (2000):</p>     <p>-  Calcular el voltaje inducido en el bucle.</p>     <p>-  Calcular la impedancia del conductor del   bucle.</p>     <p>-  Calcular la corriente que fluye a lo largo del   bucle.</p>     <p>-  Calcular el campo magn&eacute;tico producido por la   corriente del bucle.</p>     <p>  El voltaje inducido en el bucle se deriva de la   ley de Faraday:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for5.gif" /></p>     <p>Donde V es el voltaje inducido en el bucle, <i>w</i>   es la frecuencia angular y &Phi;<sub>m</sub> es el flujo magn&eacute;tico   que circunda al conductor del bucle. El flujo magn&eacute;tico   &Phi;<sub>m</sub> es causado por la variaci&oacute;n sinusoidal de   la corriente en cada una de las fases de la LT, puede expresarse por:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for6.gif" /></p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p>Considerando las coordenadas del conductor   de fase y del conductor del bucle de la <a href="#(fig3)">figura 3</a>, el flujo magn&eacute;tico puede expresarse como:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for7.gif" /></p>       <p align="center"><a name="(fig3)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig3.gif" /></a></p>     <p>Donde &mu;<sub>o</sub> es la permeabilidad relativa del   aire, I es la corriente del conductor de fase y <i>l</i> es la   longitud del conductor del bucle. Considerando un   sistema de tres fases, el flujo total que penetra en el bucle est&aacute; dado por:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for8.gif" /></p>     <p>La corriente inducida en el bucle, I&rsquo;, y el   voltaje inducido para un sistema multifase est&aacute;n dados por:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for9-10.gif" /></p>      <p>Donde &theta;<sub>V</sub>, &theta;&Phi;, &theta;<sub>I</sub> son los &aacute;ngulos del voltaje   inducido, flujo magn&eacute;tico total y corriente inducida   respectivamente, y Z es la impedancia del bucle.   Z es expresado considerando su resistencia R y su autoinductancia L como:</p>     <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for11.gif" /></p>     <p>Donde &theta;<sub>Z</sub>, es el &aacute;ngulo de la impedancia. La autoinductancia est&aacute; dada por:</p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for12.gif" /></p>     <p>Donde r es el radio del conductor del bucle.   El campo magn&eacute;tico resultante es una suma vectorial,   como se muestra en la <a href="#(fig4)">figura 4</a>. Las anteriores   ecuaciones se implementaron en el programa FMLOOP.</p>       <p align="center"><a name="(fig4)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig4.gif" /></a></p> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b>4. VALIDACI&Oacute;N DEL PROGRAMA   FMLOOP</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">           <p>        El programa implementado FMLOOP fue         validado realizando una comparaci&oacute;n de los datos         obtenidos con algunas publicaciones de IEEE y el         programa CAMAGIC (Moreno, 1993). Por restricciones         de espacio, en este art&iacute;culo se desarrolla         s&oacute;lo el caso presentado en Yamazaki, Kawamoto y         Fujinami (2000).</p>           <p><b> 4.1 C&aacute;lculo de campo   magn&eacute;tico en una l&iacute;nea   de transmisi&oacute;n</b></p>           <p>        El caso considerado es una LT de 500 kV,         corriente de 2500 A, vano de 230 m y radio del         subconductor de 25,16 mm; la densidad de campo         magn&eacute;tico se calcul&oacute; a 1 m sobre el suelo; la configuraci&oacute;n         se ilustra en la <a href="#(fig5)">figura 5a</a>. La <a href="#(fig5)">figura 5b</a> muestra         la densidad de campo magn&eacute;tico calculada por CAMAGIC         y FMLOOP. La <a href="#(fig5)">figura 5c</a> indica que el error         en el c&aacute;lculo de la densidad de campo magn&eacute;tico         B es menor del 2 %. El m&aacute;ximo error obtenido al         comparar los resultados de FMLOOP con reportes         de IEEE fue de 5 % cuando todos los datos eran conocidos,         y menor del 10 % cuando se desconoc&iacute;an         algunos datos del sistema.</p>             <p align="center"><a name="(fig5)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig5.gif" /></a></p>           <p><b>4.2 C&aacute;lculo del campo magn&eacute;tico       y corriente en el bucle</b></p>           <p>        Los resultados del programa FMLOOP en         el c&aacute;lculo del voltaje y la corriente inducidos en         un bucle fueron comparados con los reportados         en Yamazaki, Kawamoto y Fujinami (2000), seg&uacute;n         muestra la <a href="#(tab1)">tabla 1</a>. El caso considerado es una LT         horizontal de 750 kV, corriente de 1500 A por fase,         conductores separados a 15 m, conductor de bucle         de 394 m<sup>2</sup> (0,131 &Omega;/Km) y frecuencia de la red         50 Hz. El sistema se ilustra en la <a href="#(fig6)">figura 6</a>.</p>             ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><a name="(tab1)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02tab1.gif" /></a></p>             <p align="center"><a name="(fig6)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig6.gif" /></a></p>             <p>El algoritmo tambi&eacute;n fue comparado con los 		        resultados presentados por Cruz e Izquierdo (2003) 		        y se encontraron errores menores del 0,1 %. Los 		        resultados anteriores muestran que el programa 		        FMLOOP calcula con buena precisi&oacute;n tanto la 		        densidad de campo magn&eacute;tico en una LT como la 	          corriente inducida en el bucle.</p>             <p><b>4.3 Validaci&oacute;n experimental</b></p>     <p>		        Este apartado tiene como finalidad mostrar el 		        proceso de validaci&oacute;n experimental realizado al programa 		        FMLOOP. Para ello, en todas las medidas se 		        tuvieron en cuenta las recomendaciones de trabajos 		        realizados en otras investigaciones (Mamishev y Russell, 		        1995; Backus, Olsen y Stearns, 1995). El calibre 		        del conductor de bucle fue un No. 2/0 de cobre, con 		        una impedancia DC de 0,261 &Omega;/Km y di&aacute;metro de 		        9,96 mm; el bucle se ubic&oacute; a una distancia de 0,1 		        m de la l&iacute;nea, la medici&oacute;n de densidad de campo 		        magn&eacute;tico se hizo a una altura de 0,5 m del suelo. La   <a href="#(fig7)">figura 7</a> exhibe el montaje experimental; los datos de la configuraci&oacute;n y la carga se presentan en la <a href="#(tab2)">tabla 2</a>. Los resultados medidos y simulados del voltaje y   corriente inducidos en el bucle se muestran en la   <a href="#(tab3)">tabla 3</a>. La <a href="#(fig8)">figura 8</a> muestra los valores de densidad   de campo magn&eacute;tico medido y simulado utilizando   el bucle pasivo.</p>     <p align="center"><a name="(fig7)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig7.gif" /></a></p>     <p align="center"><a name="(tab2)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02tab2.gif" /></a></p>     <p align="center"><a name="(tab3)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02tab3.gif" /></a></p>     <p align="center"><a name="(fig8)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig8.gif" /></a></p>     <p>Los resultados experimentales determinan   que el algoritmo implementado puede ser utilizado   como una herramienta para an&aacute;lisis de sensibilidad   y c&aacute;lculo de campo magn&eacute;tico de una LT con bucle   y sin bucle. La <a href="#(fig9)">figura 9</a> ilustra c&oacute;mo la corriente   inducida en el bucle se opone a la de fase contigua al   bucle, tal como se mostr&oacute; en la <a href="#(fig4)">figura 4</a>. En general, se   observan diferencias muy peque&ntilde;as entre los valores simulados y medidos debido a las siguientes razones:</p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><a name="(fig9)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig9.gif" /></a></p>     <p align="left">&bull;  La corriente real en el periodo de medici&oacute;n difiere   ligeramente de la calculada, a causa de las variaciones de la carga en el tiempo.</p>     <p align="left">&bull;  A los valores medidos no se le rest&oacute; la densidad   de campo magn&eacute;tico existente en el ambiente   antes de realizar el montaje.</p>     <p align="left">&bull;  Los conductores no son infinitamente largos   en comparaci&oacute;n con la separaci&oacute;n entre ellos,   como se supuso en el algoritmo de c&aacute;lculo.</p>     <p align="left">&bull;  El campo generado por las corrientes inducidas   en el bucle se ve muy afectado por peque&ntilde;as   ondulaciones del conductor de bucle. En el   montaje fue muy dif&iacute;cil obtener una distancia   constante entre los conductores de las fases y   del bucle, esto se debe a las caracter&iacute;sticas f&iacute;sicas propias de los conductores, como la rigidez.</p> </font>     <p align="left">  <font size="3" face="Verdana"><b>5. OPTIMIZACI&Oacute;N</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p align="left">  Despu&eacute;s de validar experimentalmente el   algoritmo, se aplic&oacute; una t&eacute;cnica de optimizaci&oacute;n,   con el fin de obtener las coordenadas del bucle   que atenuaban al m&aacute;ximo B en un &aacute;rea de inter&eacute;s.   La atenuaci&oacute;n de dicho campo est&aacute; directamente   relacionada con la ubicaci&oacute;n, &aacute;rea del bucle y el   tipo de conductor. Antes de aplicar el proceso de   optimizaci&oacute;n, se realizaron algunas simulaciones para comprender c&oacute;mo afectaban el ancho y la altura   del bucle la densidad de campo magn&eacute;tico total.   Los resultados de las simulaciones para el caso de   la <a href="#(fig6)">figura 6</a> con un bucle ubicado a 16 m y a 19 m de   altura se muestran en las <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02fig10.gif" target="_blank">figuras 10</a> y <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02fig11.gif" target="_blank">11</a>. El porcentaje   de mitigaci&oacute;n de la densidad de campo magn&eacute;tico   mostrado en dichas gr&aacute;ficas se define tal como fue   presentado en Cruz, Izquierdo y Burgos (2002):</p>       <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for13.gif" /></p>     <p align="left">Donde   <img src="img/revistas/eia/n13/n13a02ecu1.gif" /> y   <img src="img/revistas/eia/n13/n13a02ecu2.gif" /> son las densidades de campo magn&eacute;tico de la LT y del bucle respectivamente.</p>     <p align="left">  Las <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02fig10.gif" target="_blank">figuras 10a</a> y <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02fig11.gif" target="_blank">11a</a> muestran que, al incrementarse   la altura del bucle, mejora la atenuaci&oacute;n de   B. Las <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02fig10.gif" target="_blank">figuras 10b</a> y <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02fig11.gif" target="_blank">11b</a> muestran que, para cualquier   distancia al centro de la l&iacute;nea, no se justificar&iacute;a abrir   el bucle m&aacute;s all&aacute; de 25 m. Tambi&eacute;n se identifican   claramente dos zonas, similares a la zona interior y   exterior de la servidumbre, en las cuales se hacen   evidentes los cambios producidos por el bucle. Por   lo tanto, se deben conocer el &aacute;rea y la ubicaci&oacute;n de   la LT que se pretende apantallar, puesto que cada   una tiene un comportamiento diferente frente al   porcentaje de mitigaci&oacute;n.</p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="left">Teniendo en cuenta los resultados anteriores,   para aplicar el proceso de optimizaci&oacute;n se debe especificar   una funci&oacute;n objetivo que considere la zona   de inter&eacute;s y, adem&aacute;s, considerando que el porcentaje   de mitigaci&oacute;n se calcula punto a punto y que en muy   pocas ocasiones se necesita una disminuci&oacute;n en un   punto espec&iacute;fico, se hace necesario expresar dicha   funci&oacute;n teniendo en cuenta el promedio en un &aacute;rea   determinada. Las funciones que definen estas dos   zonas se tomaron iguales a las presentadas por Cruz,   Izquierdo y Burgos (2002), definidas de la siguiente manera:</p>     <p align="left">  Funci&oacute;n objetivo dentro de la zona de servidumbre:</p>       <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for14.gif" /></p>     <p align="left">Funci&oacute;n objetivo fuera de la zona de servidumbre:</p>       <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for15.gif" /></p>      <p align="left">Donde F<sub>1</sub> y F<sub>2</sub> son la reducci&oacute;n de la densidad   de campo magn&eacute;tico promedio dentro y fuera de la   servidumbre respectivamente, <i>B</i> es la reducci&oacute;n de   campo magn&eacute;tico calculada con la ecuaci&oacute;n (13),   <i>k</i> es l&iacute;mite de la zona de servidumbre y <i>N</i> corresponde   a la m&aacute;xima distancia de c&aacute;lculo fuera de la zona de servidumbre.</p>     <p align="left">  La nomenclatura de las anteriores ecuaciones   se ilustra en la <a href="#(fig12)">figura 12</a>. En la pr&aacute;ctica, N&le;100 m   dado que, para distancias mayores, el campo magn&eacute;tico   producido por la LT es comparable con el   campo producido por las corrientes de tierra.</p>       <p align="center"><a name="(fig12)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig12.gif" /></a></p>     <p align="left">El algoritmo gen&eacute;tico que se utiliz&oacute; en este   trabajo fue desarrollado por Houck, Joines y Kay   (1996), codificado en MATLAB como un toolbox,   denominado &quot;Toolbox GAOT&quot;. Tiene GAOT los   siguientes par&aacute;metros de entrada: matriz con los rangos de cada variable por optimizar, funci&oacute;n (.m) para optimizar, criterio de terminaci&oacute;n, funci&oacute;n de selecci&oacute;n, mutaci&oacute;n y cruzamiento. Los par&aacute;metros de salida son la matriz con la mejor poblaci&oacute;n y la mejor soluci&oacute;n. El proceso evolutivo puede concluir de dos formas: poniendo un l&iacute;mite que se alcance en la evaluaci&oacute;n de la funci&oacute;n objetivo, garantizando un error peque&ntilde;o en la soluci&oacute;n o terminando con un m&aacute;ximo de generaciones.</p>     <p align="left">  FMLOOP se program&oacute; como una funci&oacute;n de   MATLAB y como par&aacute;metro de entrada del algoritmo   GAOT. La variable que se optimiza es el porcentaje   de atenuaci&oacute;n de campo magn&eacute;tico como se present&oacute;   en las ecuaciones (14) y (15). El cromosoma   est&aacute; constituido por la ubicaci&oacute;n del bucle, es decir,   la apertura X y la altura Y, con los siguientes l&iacute;mites   de b&uacute;squeda: dentro de la zona de servidumbre   0 &le; X &le; k, 5 &le; Y &le; d; fuera de la zona de servidumbre   k &le; X &le; N; 5 &le; Y &le; d. Se utilizaron como operadores   gen&eacute;ticos la combinaci&oacute;n de cruzamiento y mutaci&oacute;n,   con el fin de mejorar la diversidad gen&eacute;tica.   Por &uacute;ltimo, como m&eacute;todos de selecci&oacute;n se tomaron   el elitista y la ruleta.</p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="left">  Antes de realizar la optimizaci&oacute;n, se debe tener   en cuenta que el bucle en la pr&aacute;ctica no puede   colocarse sin ninguna restricci&oacute;n f&iacute;sica, puesto que   en zonas de alta tensi&oacute;n es com&uacute;n que se presente   efecto corona para algunas distancias entre la LT y un   objeto conductor flotante, adem&aacute;s, la altura m&iacute;nima   de la pantalla con respecto al suelo debe ser tal que   no exista peligro de contacto con animales o personas;   esta altura, siendo muy conservativos, se tom&oacute;   de 5 m. En cuanto al efecto corona, se calcularon   las distancias para evitarlo mediante la expresi&oacute;n (Cruz, 2000):</p>       <p align="center"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02for16.gif" /></p>       <p>Donde d es la distancia m&iacute;nima a la que puede      acercarse un objeto met&aacute;lico a la LT sin producir      efecto corona y V<sub>ll</sub> es el voltaje l&iacute;nea-l&iacute;nea de la LT.       Como ejemplo de aplicaci&oacute;n, en la <a href="#(fig13)">figura 13</a> se ilustra      una configuraci&oacute;n de una LT t&iacute;pica usada en Colombia.    La descripci&oacute;n f&iacute;sica de la LT es la siguiente:</p>       <p>&bull; Tensi&oacute;n: 500 kV</p>       <p>• Corriente: 2500 A</p>       <p>&bull;  Longitud: 230 km</p>       <p>&bull;  Haz de 4 subconductores</p>       <p>&bull;   El radio de cada subconductor es de 25,16 mm</p>       <p>&bull;  Calculo de campo a 1 m del suelo</p>       <p>&bull;  Conductor de bucle 450 KCM, resistencia 0,131   ohm/km</p>       ]]></body>
<body><![CDATA[<p>  Distancia para generar corona: d = 3,4 m</p>       <p align="center"><a name="(fig13)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig13.gif" /></a></p>       <p>Los resultados de los porcentajes de mitigaci&oacute;n      deseados, en promedio del 20 % y 40 %, dentro y fuera      de la servidumbre y la ubicaci&oacute;n &oacute;ptima del bucle    se presentan en la <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02tab4.gif" target="_blank">tabla 4</a> y en las<a href="#(fig14)"> figuras 14</a> y <a href="#(fig15)">15</a>.</p>          <p align="center"><a name="(fig14)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig14.gif" /></a></p>       <p align="center"><a name="(fig15)"><img src="img/revistas/eia/n13/n13a02fig15.gif" /></a></p>        <p>     La  <a href="img/revistas/eia/n13/n13a02tab4.gif" target="_blank">tabla 4</a>         y las <a href="#(fig14)">figuras 14</a> y <a href="#(fig15)">15</a> muestran que      las funciones objetivo tienen un buen comportamiento,      pues tratan de alcanzar el porcentaje de      mitigaci&oacute;n deseado en las zonas especificadas, sin      embargo, es importante aclarar que no se pueden      lograr algunos porcentajes de mitigaci&oacute;n, por ejemplo,      40 % de mitigaci&oacute;n en la <a href="#(fig15)">figura 15</a>, dado que      las restricciones f&iacute;sicas del sistema hacen imposible una mayor reducci&oacute;n. Adem&aacute;s, cuando se intenta      atenuar la densidad de campo magn&eacute;tico dentro      de la zona de servidumbre, los valores por fuera de      dicha zona se reducen, y cuando se intenta atenuar      la densidad de campo magn&eacute;tico fuera de la zona      de servidumbre, los valores dentro de dicha zona      se reducen. Por lo tanto, no se puede generalizar      definiendo una posici&oacute;n del bucle global que      determine la reducci&oacute;n &oacute;ptima de la densidad de      campo magn&eacute;tico.</p> </font>     <p><font size="3" face="Verdana"><b>     6. CONCLUSIONES</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <p>     El m&eacute;todo presentado de c&aacute;lculo de campo      magn&eacute;tico incluyendo bucle pasivo es menos complejo      comparado con otros propuestos en la literatura.      El error m&aacute;ximo obtenido, cuando se conocen      los datos del sistema, es menor del 5 % y no requiere      c&aacute;lculos rigurosos para caracterizar el campo magn&eacute;tico tanto de la LT como del bucle.</p>     <p>     El m&eacute;todo de optimizaci&oacute;n mediante algoritmos      gen&eacute;ticos determin&oacute; las coordenadas del bucle      que atenuaban al m&aacute;ximo la densidad de campo      magn&eacute;tico, considerando las restricciones reales      de una LT. Los resultados permiten concluir que la      ubicaci&oacute;n del bucle depende de la zona que se desea      apantallar (dentro de la zona de servidumbre o      fuera de ella) y que la corriente inducida en el bucle      es mayor cuando se apantalla fuera de la zona de servidumbre.</p>     <p>     Los resultados experimentales y simulados      muestran que el algoritmo implementado puede      ser utilizado como una herramienta para an&aacute;lisis de sensibilidad y c&aacute;lculo de campo magn&eacute;tico de una LT      con bucle y sin &eacute;l; se concluye la validez del m&eacute;todo      y la factibilidad de aplicarlo a l&iacute;neas de transmisi&oacute;n      del sistema de potencia.</p> </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p><font size="3" face="Verdana"><b>     REFERENCIAS</b></font></p> <font face="Verdana" size="2">     <!-- ref --><p>     Backus, S.; Olsen, R. and Stearns, R. (1995). &quot;Development      and validation of software for predicting ELF magnetic      fields near power lines&quot;. <i>IEEE Transactions on Power Delivery</i>, vol. 10, No. 3 (July), pp. 1525-1524.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000144&pid=S1794-1237201000010000200001&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p>     Cadavid, D. C.; Ram&iacute;rez, D. A.; Lopera, F. y Correa, A. F.      <i>Mitigaci&oacute;n de campo magn&eacute;tico de l&iacute;neas de transmisi&oacute;n      utilizando l&aacute;minas conductivas y lazos de cables      cerrados</i>. Informe CODI, Universidad de Antioquia, mayo 2007.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000145&pid=S1794-1237201000010000200002&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p>     Colombia. Ministerio de Minas y Energ&iacute;a. <i>Reglamento t&eacute;cnico      de instalaciones el&eacute;ctricas-RETIE</i>. Bogot&aacute;: Ministerio de Minas y Energ&iacute;a, 2008.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000146&pid=S1794-1237201000010000200003&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p>     Cruz, P. 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(2005). &quot;Analytical      calculation of the magnetic field produced by electric      power lines&quot;. <i>IEEE Transactions on Power Delivery,</i> vol. 20, No. 2 (April), pp. 1474-1482.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000150&pid=S1794-1237201000010000200007&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p>     Houck, C. R.; Joines, J. A. and Kay, M. 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Research      Triangle Park, NC: National Institute of Environmental Health Sciences, May 1999.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000159&pid=S1794-1237201000010000200016&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p>     Pettersson, P. (1996). &quot;Principles in transmission line      magnetic field reduction&quot;. <i>IEEE Transaction on Power Delivery</i>, vol.11, No. 3 (July), pp. 1587-1592.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=000160&pid=S1794-1237201000010000200017&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --><!-- ref --><p>     Yamazaki, K.; Kawamoto, T. and Fujinami. H. 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