Medição e análise de campos elétricos associados às correntes de descargas atmosféricas
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Alberto Resende De Conti
Cláudia Rejane de Mesquita
Cláudia Rejane de Mesquita
Resumo
A fase do fenômeno descarga atmosférica de maior interesse para a engenharia de proteção refere-se à etapa final da formação do canal de descarga, em particular, ao surgimento e a evolução do canal ascendente, cujo encontro com o canal precursor descendente materializa o evento de descarga.
O canal ascendente que se encontra com o canal precursor define o ponto de incidência da descarga, razão pela qual existe um imenso interesse científico em avaliar as condições físicas que determinam seu surgimento e evolução.
Tal aspecto motiva a investigação do comportamento do campo elétrico ao nível do solo nos instantes que antecedem a descarga, bem como das variações deste campo durante os diversos processos que ocorrem em sua formação, incluindo o fluxo das correntes de retorno. O monitoramento e a análise destes parâmetros podem fornecer subsídios relevantes para a formulação de modelos matemáticos capazes de descrever o estágio final da formação das descargas atmosféricas.
Neste contexto, esta dissertação busca trazer uma contribuição relativa à análise da forma de onda de campo elétrico gerado pelas descargas atmosféricas e de sua associação com as correntes de retorno.
Para alcançar este objetivo, foi desenvolvido no Lightning Research Center1 um sistema automatizado de medição de campos elétricos que foi instalado próximo à torre instrumentada do Morro do Cachimbo2. Esse sistema de medição é descrito, com o detalhamento da instrumentação utilizada e das modificações e melhorias realizadas ao longo deste trabalho para permitir o registro simultâneo das formas de onda de correntes e de campo elétrico de descargas atmosféricas.
O sistema de medição foi utilizado em três temporadas de tempestades, as campanhas de medição, para adquirir um grande número de amostras de formas onda de campo elétrico gerados por descargas incidentes em um raio de até 20 km da Estação e, em alguns poucos casos, das formas de onda de correntes correspondentes às descargas que incidiram na torre ou em suas proximidades.
Este trabalho apresenta uma parcela dos resultados das campanhas de medição e, particularmente, são analisados exemplos representativos de formas de onda de campo elétrico similares a casos citados como referência na literatura.
Abstract
In terms of phenomenology, the main interest of lightning protection is the final phase of lightning channel development, particularly, the inception and evolution of the upward leader. These phases are important because the attachment between such leader and the downward stepped leader determines the striking point to the ground. There is a huge scientific interest in determining the physical conditions that generates the inception and development of this leader.
This scenario motivates the investigation of the electric field behavior at ground level during the period preceding the lightning discharge and also the variations of this field during the several processes involved in the lightning development including the flow of the return stroke currents. The recording and analysis of such parameters may provide the elements required to formulate models that describe the last stage of the lightning discharge.
In this scenario, this thesis contributes with the analyses of lightning-related electric field waveforms and their association with return stroke currents waveforms. In order to achieve such goal, as a first step, an automated electric-field measuring system was developed in the LRC and installed at Morro do Cachimbo Station, nearby the 60-m-high instrumented tower. This measuring system is described together with its instrumentation and the improvements developed to allow the simultaneous record of field and current waveforms.
This system was used during three lightning seasons, allowing the acquisition of a large number of electric-field waveforms that were yielded by lightning strikes to the ground in the 20-km radius surroundings. In some cases, the corresponding return stroke current waveforms were also measured.
Part of the results obtained in the measurement campaigns is presented and, particularly, some representative cases are analyzed in detail with electric-field waveforms similar to the references mentioned in literature.
Assunto
Engenharia elétrica, Raio, Campos elétricos, Sistemas de energia elétrica
Palavras-chave
Descargas atmosféricas, Campos elétricos, Corrente de retorno, Sistemas de energia elétrica, Proteção de sistemas elétricos