Caracterização de arranjos de aterramento através de medições no domínio do tempo
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Alberto Resende De Conti
Marco Aurélio de Oliveira Schroeder
Rafael Silva Alípio
Alexander Barros Lima
Marco Aurélio de Oliveira Schroeder
Rafael Silva Alípio
Alexander Barros Lima
Resumo
Nesta tese um conjunto de conceitos capaz de definir uma nova perspectiva para a caracterização
de arranjos de aterramento é desenvolvido, baseado na proposição de três metodologias distintas e
totalmente inovadoras de medição. Inicialmente é apresentada uma revisão do tratamento deste
assunto na literatura técnica, incluindo desde os trabalhos pioneiros até as publicações mais atuais.
Em seguida é apresentado um método de medição da resistência de aterramento. Este método é
baseado na carga líquida drenada pelo sistema de aterramento quando o mesmo é excitado por um
gerador de impulsos. O teorema que sustenta a proposição do método, publicado recentemente (em
2017), é descrito brevemente, juntamente com o próprio método. Uma vantagem deste em relação
aos métodos tradicionais é que ele não é afetado pelas reatâncias, próprias ou mútuas, presentes no
sistema de aterramento e nos cabos de medição. Além disso, o método proposto não requer a medição
de potenciais de superfície do solo, propensos a interferências devido a não homogeneidades do solo,
corpos condutores enterrados e correntes espúrias. Na sequência do trabalho é apresentado um
método de medição da impedância de aterramento. Este método pode ser compreendido como uma
decorrência do método de medição de resistência proposto, pois o núcleo conceitual de ambos se
fundamenta num mesmo arranjo de medição. O método de medição de impedância utiliza apenas
correntes em circulação pelo aterramento, i.e., também não requer a medição de potenciais de
superfície do solo, eliminando também as interferências devido a não homogeneidades do solo,
corpos condutores enterrados e correntes espúrias. Por fim, o último capítulo desta tese apresenta
uma metodologia dedicada a caracterização da resposta ao impulso de arranjos de aterramento, tendo
como base curvas medidas, seja pelos métodos tradicionais (relação entre as curvas de tensão e de
corrente) seja pelo método de medição de impedância proposto (apenas curvas de corrente). A partir
das curvas de medição utilizando ondas impulsivas, a metodologia determina um modelo nãoparamétrico do aterramento, que pode ser usado para reconstruir a resposta deste para quaisquer
ondas de excitação de interesse. Para todos os métodos são apresentados resultados teóricos e
experimentais de validação utilizando arranjos de aterramento reais em solos com diferentes
resistividades elétricas. Os resultados mostram que os métodos fornecem valores consistentes e
precisos das resistências e das impedâncias de aterramento, além da caracterização segura dos
arranjos testados.
Abstract
A set of concepts capable of defining a new perspective for grounding arrangements
characterization is developed. It is based on three distinct and totally innovative measurement
proposed methods. Initially, a survey of the subject is presented, including pioneer work and the most
recent publications. A new method of measuring the grounding resistance is then described. It is
based on the measured net charge drained by the grounding system when excited by a pulse
generator. The theorem that supports the method has been recently published. It is briefly described,
along with the method itself. An advantage of this method with respect to the traditional ones is that
it is not affected by the self and mutual impedance of the grounding system and in the measuring
cables. Moreover, the proposed method does not require the measurement of surface potentials,
which are prone to interference due to soil non-homogeneity, buried conductive bodies, and stray
currents. Additionally, a method of grounding impedance measurement is presented. It can be
understood as a result of the proposed resistance measurement method, since the conceptual core of
both is based on the same measurement arrangement. The impedance measurement method uses only
currents flowing through the grounding, i.e. it also does not require the measurement of surface
potentials, which are prone to interference due to soil non-homogeneity, buried conductive bodies,
and stray currents. The final chapter presents a methodology dedicated to the characterization of the
impulse response of grounding arrangements, based on the measured curves, either by the traditional
methods (relation between voltage and current waveforms) or by the proposed method of measuring
impedance (current waveforms only). From the measurement curves using impulsive waves, the
methodology determines a non-parametric grounding model, which can be used to reconstruct the
response of this grounding system to any exciting wave. Theoretical and experimental validation
results are presented throughout the whole work using real grounding arrangements in low and high
resistivity soils. The results show that the methods provide consistent and accurate values of
grounding resistance and impedance, as well as a safe procedure for the characterization of the tested
arrangements.
Assunto
Engenharia elétrica, Correntes elétricas - Aterramento, Identificação de sistemas, Transitórios (Eletricidade)
Palavras-chave
Resistência de aterramento, Impedância de aterramento, Técnicas de medição, Identificação de sistemas, Transitórios eletromagnéticos
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