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JMB SA INGENIERÍA AMBIENTAL ARGENTINA Identificación del trabajo: Buenos Aires, 10 de enero de 2005. DISEÑO DE TRAZAS DE LINEAS DE ALTA TENSION BAJO EL CONCEPTO DE IMPACTO PARA LA SALUD DE LA POBLACION ING. GUILLERMO A. PEDOJA JMB SA Ingeniería Ambiental Presidente DR. PABLO A. TARELA JMB SA Ingeniería Ambiental Proyect Manager 1. INTRODUCCION La creciente demanda urbana de energía eléctrica, sumada al rechazo de la población a la instalación de plantas de generación dentro del casco urbano, requiere en muchos casos que la alimentación provenga del exterior de la ciudad, a través de líneas de alta tensión (LAT). Pero en su recorrido hacia la zona de mayor demanda, las nuevas LAT deben atravesar los suburbios, incluso emplazando en ellos estaciones transformadoras (ET). Actualmente, este tipo de obras también es resistido desde la población, debido al creciente debate sobre los potenciales efectos perjudiciales para la salud debidos a los campos electromagnéticos (CEM) originados en las LAT y ET. Como resultado, obras necesarias ven interrumpida o postergada su implementación, en ocasiones ante la falta de herramientas de cuantificación de efectos que permitan plantear en forma objetiva los problemas presentes y determinar cuáles son los cambios de diseño necesarios para lograr el Av. Belgrano 258, 2° piso C1092AAP Tel / Fax 5238-3520/21 [email protected] desarrollo sustentable emprendimientos. de los Con el objeto de dar una solución clara y transparente a este tipo de problemas, JMB Ingeniería Ambiental está trabajando en el desarrollo de una metodología de evaluación de impactos, basada en el concepto de riesgo aceptable en la salud de la población. La metodología, que se presenta en detalle en este trabajo, parte de una propuesta de tendido de LAT (en principio realizada por la Empresa transportista), y comprende las siguientes etapas: 1. Relevamiento de la zona de tendido: caracterización del terreno y tipificación de viviendas e infraestructura urbana y suburbana, incluyendo análisis de la población local. 2. Base GIS: confección de cartografía digital bajo el formato de Sistema de Información Geográfica, con capas indicando propiedades poblacionales. 3. Modelado Matemático de CEM (MMCEM): en función de las características completas (características eléctricas, geométricas, etc.) de las LAT y ET, y de las condiciones ambientales (meteorología, topografía, etc.). Este modelo permite evaluar la intensidad de los CEM sobre toda la zona de estudio, el mismo trabaja en forma georreferenciada y se complementa con mediciones de campo para realizar el proceso de calibración. 4. Modelo de impacto: combinando el MMCEM con el GIS, se establece el nivel de riesgo en la salud, como producto matricial de la exposición y la intensidad. El presente trabajo describe cada etapa, y cómo se procedería para lograr la condición de minimización de impactos, de forma tal de garantizar la viabilidad del proyecto. 2. REQUERIMIENTOS DE LA AUTORIDAD REGULATORIA En Argentina, la Resolución ENRE 1724/98 establece los requerimientos sobre los campos eléctrico y magnético, ruido audible y radiointerferencia en sistemas de transporte y distribución de energía eléctrico. 2.1 Campo eléctri co En el caso del campo eléctrico se requiere la caracterización en su valor no perturbado, es decir, el campo que existiría en ausencia de personas u objetos. En base a los documentos elaborados conjuntamente por la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Asociación Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (IRPA) y el Programa Ambiental de Naciones Unidas, los cuales recopilan en diferente países los valores típicos de la mayoría de las líneas que se encuentran en operación, se adoptó un valor límite superior de campo eléctrico no perturbado, para líneas en condiciones de tensión nominal y conductores a temperatura máxima anual, de 3 kV/m. Este valor es requerido en el borde de la franja de servidumbre, fuera de ella y en el borde perimetral de las subestaciones, medido a 1 m del nivel del suelo. Cuando no estuviera definida la franja de servidumbre, la normativa establece que el nivel de campo deberá ser igual o inferior a dicho valor en los puntos resultantes de la aplicación de las distancias mínimas establecidas en la Reglamentación de la Asociación Electrotécnica Argentina (AEA) sobre líneas eléctricas aéreas exteriores. El nivel máximo de campo eléctrico, en cualquier posición, deberá ser tal que las corrientes de contacto para un caso testigo: niño sobre tierra húmeda y vehículo grande sobre asfalto seco, no deberán superar el límite de seguridad de 5 mA. 2.2 Campo de inducción magnética: Para campos de inducción magnéticos, se adoptó un valor límite superior para líneas en condiciones de máxima carga definida por el límite térmico de los conductores, de 250 mG. Esto se basó en la experiencia de otros países, algunos de los cuales han dictado normas interinas de campos de inducción magnéticas, y a los valores típicos de las líneas en operación. Se consideran los valores en el borde de la franja de servidumbre, fuera de ella y en el borde perimetral de las subestaciones, medido a 1 m del nivel del suelo. § § Guarderías infantes, Etc. y jardines de La regulación establece que el nivel máximo de campo de inducción magnética, en cualquier posición, deberá ser tal que las corrientes de contacto en régimen permanente, debido al contacto con objetos metálicos largos cercanos a las líneas, no deberán superar el límite de salvaguarda de 5 mA. Cada punto definido como receptor critico se localiza mediante posicionador satelital (GPS). Resulta conveniente conocer la cantidad de individuos en cada punto, y sus hábitos de permanencia, de modo de contar con información precisa sobre los futuros tiempos de exposición de la población a los CEM. 3. METODOLOGÍA PROPUESTA 3.2 Sistema geográfica de información 3.1 Relevamiento de campo Como resultado del trabajo de ingeniería durante la etapa de proyecto, se dispone de la información precisa sobre las trazas alternativas de la LAT a construirse. Las mismas contempla n básicamente aspectos de recorrido (óptimo: minimización de distancias) y obstáculos entre el punto de despacho y el de destino final, así como el completo análisis de los aspectos ambientales, sociales y de seguridad. Por supuesto, el proyecto también contempla en detalle el paso por zonas pobladas y su interacción con la colocación de las torres (alternativamente de cable subterráneo). El primer paso de la metodología de evaluación de riesgos consiste en relevar cuidadosamente la totalidad del trazado de la LAT. El énfasis se debe poner en la localización de individuos definidos como receptores críticos, por ejemplo: § § § § Viviendas, Escuelas, Hospitales, Comedores infantiles, El análisis de la información obtenida durante el estudio se propone llevarlo a cabo sobre una base de información geográfica. Esto resulta conveniente debido a que las trazas de las LAT recorren muchos kilómetros, y ya que actualmente se cuenta con buena información cartográfica y satelital que puede ser utilizada como base para el estudio. Además, los GIS permiten correlacionar fácilmente información georreferenciada proveniente de distintos campos, por ejemplo para este caso la densidad de población y los CEM. El tamaño de grano que define la grilla sobre la cual se vierte la información en el GIS dependerá de la extensión de la traza y del nivel de información disponible sobre las características de los receptores críticos. En este estudio resulta fundamental determinar en cada elemento de la grilla la población o número de individuos presentes para períodos de tiempo largos (ya que se evalúan riegos asociados a exposición prolongada de las personas a los CEM). 3.3 Modelo matemático del campo electromagnético Las líneas de transmisión de energía eléctrica que corren de torre en torre por el campo, radían parte de su potencia. Pero como las frecuencias son bajas (50-60 Hz), las pérdidas por radiación no son serias. Como resultado, si bien la radiación no es muy significativa, los conductores de las LAT generan CEM en sus inmediaciones, cuyas amplitudes a nivel de receptores críticos pueden superar los límites impuestos por las regulaciones vigentes. La física necesaria para determinar los CEM de las LAT es clásica y bien conocida en sus bases teóricas (Feynman, 1972). Los cálculos resultan engorrosos debido a la geometría real de las LAT y su interacción con objetos y superficies del terreno. Por lo cual deben ser abordados mediante modelos matemáticos adecuados. Ciertas características ambientales (condiciones climáticas, tipos de terreno, etc.) pueden requerir un tratamiento especial, para lo cual se aplican resultados empíricos. Al presente se cuenta con un modelo primario que permite evaluar el campo eléctrico sobre los receptores críticos que se localizan a lo largo y ancho del recorrido de una traza de alta tensión (Tarela, 2004). La figura 3.3.1 muestra el campo eléctrico para un hipotético tramo rectilíneo de LAT de torres simétricas y de igual altura, con separación de 100 metros, y un único cable central. El terreno es plano y la potencia de la línea tal que se supera el umbral de 3 kV/m. A la altura de examinación (1 m sobre el terreno) esto ocurre sobre una superficie horizontal que copia longitudinalmente a la traza y tiene una extensión de unos 70 m en la dirección perpendicular a la misma, 35 m a cada lado del eje longitudinal de la LAT. El campo obtenido guarda la simetría de la LAT, como debe ser, observándose un patrón cíclico entre torres consecutivas. La intensidad es mayor en el centro de la franja, y disminuye rápidamente hacia ambos laterales. A 100 metros de la LAT, medidos perpendicularmente a la misma, la intensidad del campo cae por debajo de 1 kV/m, es decir, menos del 35% del límite regulado. La intensidad máxima se alcanza en el punto medio entre torres, donde la distancia entre los cables conductores y el receptor crítico sobre el terreno es mínima. Debe tenerse en cuenta que el modelo presentado es conceptual, ya que no incorpora aquí información de campo. 400 E (kV/m) 300 10 9.5 9 8.5 8 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 200 Y (m) 100 0 -100 -200 -300 LAT -400 -400 -300 -200 -100 Torre 0 100 200 300 400 X (m) Figura 3.3.1 – Campo eléctrico (E) de una LAT hipotética. Se muestra una sección de LAT compuesta por 10 torres y un único conductor central. 3.4 Análisis de riesgos La Organización Mundial de la Salud está llevando a cabo estudios sobre los efectos que los CEM de baja frecuencia pueden causar en la salud humana. La Agencia Internacional de Investigación sobre Cáncer (dependiente de la OMS) hace lo propio en relación a eventuales efectos cancerígenos, basándose para ello en estudios epidemiológicos sobre leucemia en niños. En definitiva, partiendo del principio precautorio la exposición a CEM se debe considerar una situación de riesgo, al menos hasta tanto se disponga de información científica contundente en contrario. Dentro de nuestra metodología de trabajo, el análisis de riesgos se lleva a cabo de la siguiente manera. Una vez que se tienen los resultados de modelado de los CEM, la información cuantitativa se incorpora al GIS del estudio, ya que el modelo produce salidas georreferenciadas. Se utiliza la misma grilla que para la distribución de individuos. Resulta entonces factible obtener la información sobre el impacto que los CEM de la traza producen sobre la población y receptores críticos, medido en términos de excedencias sobre los umbrales regulados. Por ejemplo. Para la evaluación de riesgos por exposición a campos eléctricos, un primer resultado global se obtiene en términos binarios “hay – no hay” impactos, calculando la siguiente matriz de impacto: I ij = δEij ⋅ Pij donde i,j es la identificación de la celda de la grilla y si Eij ≥ 3 k V / m 1 δEij = si Eij < 3 kV / m 0 si la celda ij está poblada 1 Pij = si la celda ij está despoblada 0 siendo Eij el campo eléctrico en la celda i,j. El resultado global es el siguiente: I ij = 0 ∀ i, j ⇒ § § Redistribución de las líneas en cada torre, Aumento de las alturas de las torres Por ejemplo, la figura 3.4.1 presenta el efecto que produce el aumento de la altura de las torres en el ejemplo de la sección anterior, observándose la consecuente disminución del campo eléctrico, tanto más cuanto mayor es la altura de las torres. No hay impactoen la salud Luego de la evaluación de los nuevos CEM mediante el modelo matemático, se recalcula la matriz de impacto. Si algún elemento resulta no nulo, el caso contrario hay impacto sobre la impacto persiste y se deben añadir salud en todas las celdas de la grilla nuevas medidas de mitigación, donde el valor de la matriz de impactos procediéndose metodológicamente de es 1. Sobre éstas zonas se deben la misma manera. plantear medidas de mitigación, si se persigue el objetivo de “impacto Por supuesto, existen diferentes aceptable o cero”. medidas de mitigación que pueden producir una matriz de impactos nula, Debido a que la LAT está proyectada e incluso combinaciones de distintas para trabajar a cierta potencia, en medidas que pueden llevar a la misma función del diseño de ingeniería y los situación. De todas ellas, la óptima será requerimientos energéticos, las aquella que minimice los costos de eventuales medidas de mitigación que implementación y operación. se pueden plantear deberían concentrarse en disminuir los impactos En tal sentido, el análisis de riesgo (reducir los CEM sobre los receptores basado en el concepto de impacto nulo críticos) sin modificar la energía debe complementarse necesariamente transmitida. con un análisis económico y financiero que permita al operador tomar la Sin apelar a modificaciones decisión final. Ya que todas las tecnológicas, está normalmente medidas mencionadas se incorporan al accesible la posibilidad de realizar modelo matemático en forma precisa, modificaciones geométricas en la traza. del mismo modo se puede cuantificar Por ejemplo: el impacto económico y financiero de las mismas. § Cambios en el recorrido de la LAT, 400 E (kV/m) 300 10 9 200 8 7 100 Y (m) 6 0 5 4 -100 3 -200 2 1 -300 0 LAT -400 -400 -300 -200 -100 Torre 0 100 200 300 400 X (m) 400 E (kV/m) 300 10 9 200 8 7 100 Y (m) 6 0 5 4 -100 3 -200 2 1 -300 0 LAT -400 -400 -300 -200 -100 Torre 0 100 200 300 400 X (m) Figura 3.4.1 – Efecto del incremento de la altura de las torres. La figura de arriba indica alturas de torres menores a las del caso de abajo. 4. CONCLUSIONES El trabajo presentó una metodología cuantitativa para evaluar el impacto ambiental de instalación y operación de líneas de alta tensión cuyas trazas atraviesan zonas pobladas. Los impactos se miden en términos de excedencias en los niveles de los campos electromagnéticos respecto de las regulaciones vigentes en el lugar, pero considerando la existencia de receptores críticos humanos. Las herramientas utilizadas para cuantificar estos impactos permiten evaluar rápidamente y a costos bajos distintas alternativas mitigatorias. Incluso admiten acompañar los resultados con su correspondiente costo económico y financiero. De manera que ofrecen al tomador de decisión diferentes variantes de solución y el costo asociado, facilitando la elección de la alternativa más conveniente. 6. REFERENCIAS Resolución ENRE 1724/98 Feynman. R.P., Lectures on Physics. Vol. II Electromagnetism and Matter, Fondo Educativo Interamericano (1972) OMS, Fact Sheet N° 263, October 2001. Tarela, P.A., Modelo matemático para evaluar campos electromagnéticos debidos a líneas de alta tensión, (en desarrollo, 2004)