Investigação da atratividade de descargas atmosféricas por linhas de transmissão baseada na aplicação do modelo do líder bipolar precursor de descarga
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Fernando Henrique Silveira
Ronaldo Eugenio de Souza Filho
Barbara Pereira Silva
Ronaldo Eugenio de Souza Filho
Barbara Pereira Silva
Resumo
Este trabalho investiga a atratividade das descargas atmosféricas por linhas de transmissão. Para tal, faz-se a aplicação sistemática de uma ferramenta computacional que implementa o modelo do “lightning leader” (canal precursor de descarga) bipolar, bidirecional e de carga líquida nula. Inicialmente, o modelo foi aplicado para descontaminação da distribuição de picos de correntes de primeiras descargas obtida a partir da medição em torres instrumentadas, posicionadas em alto de morro, objetivando mitigar o efeito de maior atratividade de “leaders” com correntes prospectivas de descargas incidentes na torre de maiores valores de pico. Em seguida, a ferramenta foi ajustada e aplicada para determinar a atratividade de descargas por linhas de transmissão, usando a distribuição de picos de corrente descontaminada. A investigação teve foco na análise de dois parâmetros de maior interesse para a avaliação do desempenho das linhas de transmissão frente a descargas: o número NL de descargas incidentes na linha e a correspondente distribuição de seus picos, que é afetada pela atratividade da linha. Como casos estudo, inicialmente a metodologia de descontaminação foi aplicada à distribuição de picos de corrente obtida na Estação do Morro do Cachimbo (MCS), resultando na
redução da probabilidade dos maiores picos (valor mediano de pico reduzido de 43,3 para 32 𝑘𝐴). A análise de atratividade foi desenvolvida para duas linhas de transmissão, de 138 𝑘𝑉 e 230 𝑘𝑉, com arranjos geométricos usuais e cabos de blindagem simples e
duplo, respectivamente, considerando-se diferentes alturas desses cabos (de 20 𝑚 a 64 𝑚 ). Os resultados mostram que o número NL derivado desta abordagem mais elaborada é significativamente inferior ao valor obtido da abordagem tradicional,
correspondente à aplicação de fórmula recomendada pela Norma IEEE 1243. Verificam se reduções entre 74% a 34% . Mostram, também, o aumento da probabilidade de maiores picos na distribuição das correntes das descargas atraídas pela linha em relação
à distribuição descontaminada considerada na região no entorno da linha (valor mediano de pico das descargas incidentes na linha de 38 𝑘𝐴 contra 32 kA da distribuição descontaminada). Entretanto, a mediana da distribuição de picos de correntes das
descargas atraídas pela linha é ainda inferior ao valor da distribuição obtida das medições em torre instrumentada (valor mediano de 43,3 kA), que é empregada nos estudos tradicionais de avaliação de desempenho de linhas. Embora a aplicação tenha considerado
condições específicas (de distribuição de picos de corrente e de geometria das linhas dos casos estudo), a metodologia pode ser aplicada de forma generalizada a outras distribuições de picos e geometrias de linhas.
Abstract
This work investigates the attractiveness of lightning strikes on transmission lines. To this
end, a computational tool that implements the bipolar, bidirectional, zero net charge
lightning leader model is systematically applied. Initially, the model was applied to
decontaminate the peak current distribution of first discharges obtained from
measurements on instrumented towers positioned on hilltops, to mitigate the effect of
greater attractiveness of lightning leaders with prospective discharge currents incident on
the tower with the highest peaks. The tool was then adjusted and applied to determine the
attractiveness of discharges by transmission lines, using the distribution of
decontaminated current peaks. The investigation focused on the analysis of two
parameters of greatest interest for assessing the performance of transmission lines against
discharges: the NL number of discharges incident on the line and the corresponding
distribution of their peaks, which is affected by the attractiveness of the line. As case
studies, the decontamination methodology was initially applied to the distribution of
current peaks obtained at the Morro do Cachimbo Station (MCS), resulting in a reduction
in the probability of the largest peaks (median peak value reduced from 43.3 to 32 𝑘𝐴).
The attractiveness analysis was developed for two transmission lines, 138 𝑘𝑉 and
230 𝑘𝑉, with the usual geometric arrangements and single and double shielded cables,
respectively, considering different heights of these cables (from 20 𝑚 to 64 𝑚). The
results show that the NL number derived from this more elaborate approach is
significantly lower than the value obtained from the traditional approach, corresponding
to the application of the formula recommended by IEEE Standard 1243. There are
reductions of between 74% and 34%. They also show an increase in the probability of
higher peaks in the distribution of line-attracted discharge currents compared to the
decontaminated distribution considered in the region surrounding the line (median peak
value of line-attracted discharges of 38 𝑘𝐴 compared to 32 𝑘𝐴 for the decontaminated
distribution). However, the median of the distribution of peak currents of discharges
attracted by the line is still lower than the value of the distribution obtained from
measurements on an instrumented tower (median value of 43.3 𝑘𝐴), which is used in
traditional line performance assessment studies. Although the application considered
specific conditions (peak current distribution and line geometry of the case studies), the
methodology can be applied in a generalized way to other peak distributions and line
geometries.
Assunto
Engenharia elétrica, Descargas elétricas, Linhas elétricas - Postes e torres, Correntes elétricas
Palavras-chave
Atratividade das descargas por linhas de transmissão, Descontaminação da distribuição de pico de corrente, Modelo do líder precursor da descarga, bidirecional e bipolar
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