Análise de malhas de aterramento compostas por eletrodos verticais profundos em torres de linhas de transmissão
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Grounding meshes composed by deep vertical electrodes for transmission line towers
Primeiro orientador
Membros da banca
Alberto Resende De Conti
Ivan José da Silva Lopes
Wallace do Couto Boaventura
Marco Aurélio de Oliveira Schroeder
Rafael Silva Alípio
Ivan José da Silva Lopes
Wallace do Couto Boaventura
Marco Aurélio de Oliveira Schroeder
Rafael Silva Alípio
Resumo
Este trabalho apresenta um estudo sobre o emprego de eletrodos verticais como alternativa à configuração típica de aterramento de torres em linhas de transmissão, especialmente em condições de solos estratificados em duas camadas.
O solo mineiro apresenta como característica a resistividade elétrica da primeira camada com valor superior à da segunda. Tal constatação sugere o estudo de eletrodos verticais profundos como configuração de aterramento em situações similares à indicada com o fim de se obterem menores valores de impedância impulsiva. Modelos fundamentados na teoria de linhas de transmissão têm suas expressões desenvolvidas, assim como o emprego de programas comerciais baseados na solução de equações de onda completa. As duas técnicas são comparadas com resultados de outros autores, a fim de validar análises posteriores da pesquisa.
O texto apresenta uma proposta para a instalação do eletrodo vertical profundo, com detalhes técnicos de construção e custo; comparação da resposta impulsiva das configurações de aterramento avaliadas, incluindo uma malha composta por cabos contrapesos em conjunto com eletrodos verticais; deduções e conclusões a respeito do uso de expressões, em condições de meio estratificado, provenientes de modelos que descrevem a dependência da resistividade e permissividade elétrica do solo com a frequência; além de um estudo de caso realizado em uma linha de transmissão de 230 kV.
Os resultados apresentam boa coerência com outros trabalhos e sugerem a viabilidade técnica e econômica do emprego dos eletrodos verticais profundos, principalmente quando comparado à instalação de dispositivos para-raios em linhas de transmissão. Para um trecho crítico da linha de transmissão avaliada, o desempenho dos eletrodos verticais profundos se mostrou muito satisfatório, além de ser três vezes mais barato que a opção da instalação de dispositivos para-raios. Acrescenta-se às vantagens do procedimento a diminuta área de terreno necessária para sua instalação, elevada robustez quanto à furtos de condutores, facilidade no controle do perfil de potencial elétrico promovido na superfície do solo e possibilidade de utilização em conjunto com outras técnicas de melhoria de desempenho em linhas de transmissão.
Abstract
This work presents a study on the use of deep vertical electrodes as an alternative to the typical grounding mesh of transmission line towers, particularly related to stratified soil conditions.
The approximated model for the soil from Minas Gerais presents a higher electrical resistivity related to the first-layer compared to the second-layer. This finding suggests the study of deep vertical electrodes as a grounding configuration in similar situations in order to achieve lower impulsive impedance values. Models based on the transmission line theory have their expression developed as well as the implementation of the problem on commercial programs that solve full-wave Maxwell equations. These techniques are evaluated to solutions provided by other works, aiming to validate further research analysis.
The text presents a proposal for the installation of deep vertical electrodes, including technical details of construction and cost; comparisons of the impulsive response of the evaluated grounding meshes as well as configurations composed of counterpoise wires and vertical electrodes; deductions and conclusions regarding the use of expressions from models related to the frequency-dependence of electrical resistivity and permittivity of the soil in conditions of stratified medium; beyond a case study carried out on a 230 kV transmission line.
The results show good accuracy with other works and suggest the technical and economic feasibility of using deep vertical electrodes, especially when compared to the installation of transmission line surge arresters. For a critical path of the evaluated transmission line, the lightning performance of the deep vertical electrodes seems to be very suitable, in addition to being three times cheaper than the surge arresters’ option. Other advantages of the proposed procedure are the small land area for its installation, high toughness in relation to conductors stealing, easy control of the developed electric potential on the soil surface and the possibility of being used in combination with other techniques that improve transmission lines performance.
Assunto
Engenharia elétrica, Linhas de transmissão, Eletrodos, Raio
Palavras-chave
Aterramentos elétricos, Descargas atmosféricas, Eletrodos verticais, Linhas de transmissão