Modelagem para cálculo de tensões induzidas por descargas atmosféricas - Fernando Henrique Silveira (2019)
As tensões induzidas por descargas atmosféricas constituem-se em um dos mais importantes fenômenos capazes de causar danos aos sistemas de energia elétrica e às redes de telecomunicação. A despeito da menor severidade de seus efeitos em relação àqueles provenientes da incidência direta da descarga sobre a linha, a probabilidade de ocorrência das tensões induzidas é bastante elevada. Este quadro tem motivado a realização de pesquisas visando uma melhor caracterização desse tipo de fenômeno. Neste contexto se insere este trabalho de doutorado que tem como objetivo apresentar uma modelagem computacional para o cálculo de tensões induzidas por descargas atmosféricas baseada nas equações básicas do eletromagnetismo. Ao contrário da maioria dos modelos empregados na literatura para as avaliações de tensão induzida, esta modelagem é capaz de computar de forma integrada a distribuição de corrente de retorno no canal de descarga e o acoplamento eletromagnético entre os condutores da linha e o canal. Ademais, ambas as etapas são processadas automaticamente, sem a necessidade de estabelecimento de hipóteses quanto ao comportamento da corrente no canal ou da interação eletromagnética linha-canal. Este modelo apresenta uma maior consistência física quando permite reproduzir, ainda que de forma simplificada, características e processos físicos associados ao canal de descarga. Além disto, esta modelagem possibilita a representação de condutores com orientação espacial arbitrária, facilitando o desenvolvimento de avaliações referentes a canais de descarga inclinados, com ramificações e tortuosidades, além de configurações de linha complexas. Os aspectos principais da aplicação da modelagem para determinação da distribuição temporal e espacial da corrente de retorno são descritos. Análises de sensibilidade avaliando a influência de diversos parâmetros em tal distribuição são apresentadas. São realizadas comparações entre resultados de campo eletromagnético gerados pelo modelo e dados de medição, destacando um grau de concordância satisfatório. Simulações sistemáticas referentes à aplicação da modelagem para o cálculo de tensões induzidas deram origem a um conjunto extenso de resultados, propiciando a avaliação da influência dos fatores mais relevantes na determinação do fenômeno. Além da comparação com dados experimentais de medição, também foram desenvolvidas comparações de resultados com outros modelos tradicionais apresentados na literatura para cálculo de tensões induzidas. Os resultados obtidos denotaram a consistência da modelagem aqui aplicada. O trabalho ainda inclui uma abordagem para considerar o efeito da resistividade do solo nas tensões induzidas, por meio da modificação do acoplamento eletromagnético entre os elementos que constituem o canal de descarga e os elementos da linha. Os primeiros resultados obtidos reproduziram comportamentos similares aos gerados por outras avaliações reportadas na literatura.