Investigação da ionização do solo submetido a campo elétrico uniforme : análise de dados experimentais e modelagens
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
Título alternativo
Investigation of soil ionization submitted to a uniform electric field: analysis of experimental data and modeling
Primeiro orientador
Membros da banca
Fernando Henrique Silveira
Miguel de Brito Guimarães Neto
Miguel de Brito Guimarães Neto
Resumo
Este trabalho de dissertação de mestrado apresenta os resultados das análises referentes ao banco de dados de solos do LRC no que concerne aos ensaios realizados em cuba plana, sob condição de campo uniforme, com o objetivo de investigar o campo elétrico crítico de ionização do solo quando submetido a correntes características de descargas atmosféricas.
A literatura acerca do tema apresenta alguns valores de campo elétrico para o qual se daria o início do processo de ionização do solo. Alguns autores como (OETTLÉ, 1988) e (MOUSA, 1994) estabelecem os valores de 1 MV/m e 0,3 MV/m respectivamente. Já o (CIGRE, 1991) adota como valor de referência 0,4 MV/m. Tendo em vista a disparidade de valores, esta pesquisa objetiva contribuir com mais informações acerca do tema.
O banco de dados analisado compreende ensaios de alta tensão em amostras de 15 solos de resistividades e umidades diferentes, para condição de campo elétrico uniforme e não uniforme. Para o estudo do campo elétrico crítico é usual utilizar cubas de placas paralelas, que possibilitam a aplicação de campo uniforme nas amostras de solo. Quando esta amostra é submetida a ondas impulsivas, um elevado campo elétrico pode se estabelecer, provocando uma eventual disrupção naquele meio.
As análises mostraram que, na faixa de resistividade considerada no banco de dados (100 a 10.000 Ω.m), o campo elétrico crítico de ionização do solo varia em torno de 250 a 300 kV/m para solos de até 500 Ω.m, e de 300 a 400 kV/m para o restante da faixa de resistividade considerada. Desenvolveu-se também metodologias para avaliar a ionização das amostras, uma através da energia acumulada dos impulsos aplicados e a outra baseada em curvas de campo elétrico.
Abstract
This master's thesis presents the results of the analyses related to the LRC soil database with regard to the tests carried out in a flat vat, under uniform field condition, in order to investigate the critical electrical field of soil ionization when subjected to lightning-characteristic currents.
The literature on the topic presents some values of electric field for which the beginning of the process of soil ionization would take place. Some authors such as (OETTLÉ, 1988) and (MOUSA, 1994) establish the values of 1 MV/m and 0.3 MV/m respectively. On the other hand, (CIGRE, 1991) adopts 0.4 MV/m as a reference value. In view of this disparity in values, this research aims to contribute with more information on this topic.
The analyzed database comprises high voltage tests on samples of 15 soils of different resistivities and humidities, for uniform and non-uniform electric field condition. For the study of the critical electric field, it is usual to use parallel plate vats which allow the application of a uniform field in soil samples. When this sample is subjected to impulsive waves, a high electric field can be established, causing a possible disruption in that medium.
The analyzes showed that, in the resistivity range considered in the database (100 to 10,000 Ω.m), the critical electric field of soil ionization varies around 250 to 300 kV/m for soils up to 500 Ω.m, and from 300 to 400 kV/m for the rest of the considered resistivity range. Methodologies were also developed to evaluate the ionization of the samples, one through the accumulated energy of the applied impulses and the other based on electric field curves.
Assunto
Engenharia elétrica, Ionização, Modelagem, Campos elétricos
Palavras-chave
Ionização do solo, Modelagem, Resistividade do solo, Campo elétrico crítico
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