HIFREQ | Análisis de los campos electromagnéticos


HIFREQ es uno de los componentes principales de los paquetes de software MultiFields, MultiFields+ y MultiFields Pro. Se trata de un poderoso módulo de cálculo que puede resolver cualquier problema electromagnético que tenga que ver con redes de conductores arbitrariamente orientados sobre la superficie de la tierra o enterrados (desnudos o recubiertos, huecos o sólidos) y con un amplio arreglo de componentes que normalmente se encuentra en sistemas de generación eléctrica tales como cables, subestaciones aisladas por gas (GIS), líneas de transmisión aisladas por gas (GIL), transformadores, placas metálicas y otros. Cualquier número de fuentes de corriente, tensión o de incremento de potencial de tierra (GPR) puede energizar dichos componentes y se puede tener en cuenta una onda plana adicional o una energización del campo electrostático.




Descripción técnica

HIFREQ es una herramienta de cálculo óptima para abordar problemas electromagnéticos que tengan que ver con cualquier sistema de conductores que se pueda componer de varios materiales y ensamblar en varias configuraciones. Además, sistemas que puedan contener placas metálicas, cables coaxiales o multinúcleo, GIS/GIL, transformadores y variados componentes concentrados (por ejemplo, resistencias, inductores y condensadores, etc.). HIFREQ es el único módulo de cálculo que puede proporcionar soluciones precisas con respecto a problemas de transitorios y en estado estable en el rango de frecuencia desde cero hasta cientos de megahertz para análisis de conductores enterrados y sobre la superficie de la tierra. Calcula los campos eléctrico y magnético en el aire y en el suelo, al igual que los potenciales de los conductores y del suelo y la corriente de distribución en el suelo y en los conductores.


Objetos típicos que se pueden modelar en HIFREQ.


Transformadores, cables, GIS, acero corrugado y conductores en HIFREQ.



Especificaciones técnicas

HIFREQ calcula la distribución de corriente en redes de conductores enterrados y aéreos y placas, al igual que los potenciales escalares y los campos eléctrico y magnético generados por la distribución de corriente en la red eléctrica. HIFREQ se concibió para resolver problemas de forma precisa sin ignorar las características del suelo. HIFREQ puede modelar suelos con capas horizontales que posean cualquier número de capas de distintas resistividades, permitividad relativa y permeabilidad relativa. También efectúa dichos cálculos para conductores y placas en un medio infinito. Con HIFREQ se puede:

  • Estudiar transitorios (como descargas atmosféricas, sobrecargas por conmutación y cualquier problema de sobrecargas concebible) y perturbaciones en redes, estructuras y sistemas de puesta a tierra de sistemas de transmisión a frecuencias que van desde unos cuantos hertz hasta cientos de megahertz.
  • Calcular distribuciones de corriente y potencial en todos los conductores y placas metálicas, los valores de los campos electromagnéticos en el aire y en el suelo y las tensiones a lo largo de trayectorias bien definidas debido a sistemas de transmisión enterrados o aéreos. Se puede definir un número arbitrario de complejas energizaciones por corriente, tensión y GPR en ubicaciones de sistemas arbitrarias y diferentes. Adicionalmente, es posible especificar energizaciones por onda plana o campos electrostáticos.
  • Calcular la interferencia electromagnética en tuberías, líneas de telecomunicaciones, vías férreas, etc. en un simple paso. Se tienen en cuenta simultáneamente los efectos inductivos, capacitivos y conductivos.
  • Analizar problemas de protección catódica y optimizar las capacidades y ubicaciones de rectificadores sobre estructuras protegidas que se extiendan hasta por cientos de km.
  • Utilizar FFTSES, una herramienta completamente integrada y automatizada de la transformada de Fourier, para visualizar campos electromagnéticos en el dominio del tiempo.
  • Estudiar la interferencia por radiación electromagnética o calcular distribuciones en estructuras de antenas de monopolo vertical, dipolo de un cuarto de onda y otras estructuras de antenas excitadas a frecuencias que alcanzan cientos de megahertz.
  • Calcular la inducción entre circuitos arbitrarios a baja y alta frecuencias y en condiciones de sobrecarga.
  • Determinar las impedancias propia y mutua, al igual que las capacitancias de dichos circuitos sin importar si se ubican por encima de la tierra o en ella.


Características técnicas

HIFREQ le proporciona las siguientes funcionalidades que son a la vez poderosas y flexibles:

  • Determinar que el software calcule la distribución de corriente en el sistema de conductores de forma automática con base en un conjunto de corrientes impresas o tensiones de la fuente o especifique explícitamente las corrientes en los conductores.
  • Investigar individualmente los efectos de diferentes fenómenos: puede escoger, por ejemplo, ignorar los efectos de inducción o la fuga de corriente en los extremos de los conductores.
  • Modelar estructuras de suelo con capas horizontales o un medio uniforme infinito.
  • Seleccionar una combinación de cuatro métodos de energización de la red: inyecciones de corriente, fuentes de tensión, energizaciones por GPR (para los cuales la tensión en un punto se restringe a un valor especificado) y campos electromagnéticos o electrostáticos aplicados externamente.
  • Modelar transformadores monofásicos, al igual que varios tipos de transformadores trifásicos.
  • Definir cables coaxiales o tipo tubo en la red.
  • Modelar subestaciones aisladas por gas (GIS) o líneas aisladas por gas (GIL) de fase simple o de tres fases.
  • Modelar parámetros concentrados tales como resistores, inductores o condensadores dentro de un conductor.
  • Es compatible con conductores desnudos y recubiertos, huecos y sólidos.


Detalles adicionales

Energización por tensión:

Una energización por tensión representa un modelo simple para un generador de tensión de CA. Cuando se especifica una energización por tensión sobre un conductor, ella se incrementa a lo largo del conductor por una cantidad especificada por el usuario.


Impedancias concentradas:

Es posible definir la impedancia de un conductor simplemente añadiéndole una combinación de una resistencia, una inductancia y una capacitancia. El programa entonces calcula la impedancia de carga resultante a la frecuencia de la energización.


Energización por potencial (o GPR):

Una energización por potencial se puede utilizar para forzar al potencial escalar en la superficie de un conductor (GPR) a encontrarse en un valor definido por el usuario. La corriente que fluye en el conductor se ajusta automáticamente a fin de obtener dicho potencial.

Las energizaciones por tensión y potencial se utilizan frecuentemente junto con impedancias concentradas para establecer los niveles apropiados de corriente y de tensión sobre las líneas de transmisión modeladas en HIFREQ. Sin embargo, su utilización no se limita a dicha aplicación en particular. De hecho, es posible utilizar dichas funcionalidades en HIFREQ para llevar a cabo cálculos convencionales de teoría de circuitos.


Recubrimiento:

Todos los conductores en HIFREQ se pueden aislar del medio circundante por medio de un recubrimiento físico (es decir, con fugas). Es decir, una capa de un material dieléctrico de espesor, resistividad, permitividad y permeabilidad definidos por el usuario.


Campo aplicado:

La respuesta de una red de conductores a la presencia de un campo electromagnético aplicado externamente puede ser muy interesante, particularmente para simular los efectos de descargas distantes por descarga atmosférica o perturbaciones geomagnéticas. HIFREQ puede efectuar tales cálculos para dos formas distintas de campos aplicados externamente: un campo eléctrico constante (electrostático) o una onda plana electromagnética general. Las características del campo aplicado en el aire suministradas por el usuario se utilizan para calcular el campo aplicado en cualquier otra ubicación, al igual que la distribución de corriente en la red. Se pueden obtener los campos aislados causados por dicha circulación de corriente.


Transformadores:

HIFREQ ofrece modelos de transformadores monofásicos y trifásicos que facilitan el estudio de sistemas que posean múltiples niveles de tensión o las muchas otras aplicaciones en las que se utilizan transformadores en el sector eléctrico. Se pueden definir dos clases de transformadores, a saber, transformadores ideales y generales. El transformador ideal es perfecto, sin pérdidas e infinito con respecto al acoplamiento mutuo y se caracteriza por una relación de tensión. El modelo del transformador general tiene en cuenta las inductancias propia y mutua, las resistencias y la fuga del flujo magnético. Otros transformadores, tales como autotransformadores y transformadores trifásicos, se pueden construir por medio de la combinación de múltiples transformadores monofásicos. Una base de datos de transformadores previamente construidos ofrece los tipos de conexiones más comúnmente utilizados disponibles en el sector.


Cables:

Con HIFREQ, modelar complejos cables multifase es tan simple como modelar un conductor sólido simple. HIFREQ le permite definir uno o más tipos de cables concéntricos (coaxiales) o tipo tubo (multinúcleo). Dichos tipos de cable se pueden entonces asignar a conductores de red haciendo dichos conductores cables. Los cables coaxiales pueden constituirse de hasta tres componentes distintos (el núcleo, la pantalla y la armadura) con características eléctricas arbitrarias. Los cables multinúcleo pueden incluir cualquier número de cables coaxiales rodeados de una envolvente de tubo con características arbitrarias. Las características del material aislante entre los componentes del cable y la envolvente del tubo por dentro también se pueden especificar.


GIS y GIL:

Subestaciones aisladas por gas (GIS) y líneas aisladas por gas (GIL) se pueden especificar tan fácilmente como los cables o los cables tipo tubo. Una GIS o una GIL de fase simple son similares a los cables, mientras que una GIS o una GIL de tres fases son similares al cable tipo tubo más general. Modelar tales sistemas de esta manera asegura una apropiada distribución de las corrientes de falla porque HIFREQ tendrá en cuenta los efectos inductivos entre los conductores interiores y sus envolventes.


Placas:

Las placas metálicas se pueden utilizar para formar objetos de varias clases, tales como tanques de transformadores, vehículos, gabinetes eléctricos, envolventes metálicas, etc, las cuales pueden presentarse en subestaciones y otros ambientes sometidos a interferencia electromagnética. El modelo tiene en cuenta las corrientes que fluyen dentro de las placas, al igual que la corriente de fuga que fluye hacia afuera de ellas y hacia el entorno. La distribución de corriente se determina subdividiendo automáticamente las placas en parches más pequeños, de un plano cuadriláteros por medio de la solución de onda completa basada en ecuaciones integrales para las corrientes desconocidas calculadas. Los cálculos tienen en cuenta la impedancia interna de las placas. Las uniones entre hilos y placas son completamente compatibles a fin de permitir la transferencia de corriente en redes que posean ambos componentes. Con tales funcionalidades añadidas, HIFREQ es capaz de proporcionar un modelado preciso para un amplio rango de problemas combinados de hilos y placas que se relacionen con redes de sistemas de puesta a tierra e interferencia electromagnética.