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| B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica | ||
| CARACTERIZAÇÃO DA IMPEDÂNCIA DE SURTO DE CONDUTORES VERTICAIS EM RELAÇÃO AO SOLO | ||
| Gustavo de Moura Santos 1, 2 (gustavomoura@es.cefetmg.br), Diego de Moura Santos 1, 2 e Marco Aurélio de Oliveira Schroeder 1, 2 | ||
| (1. Departamento Acadêmico de Engenharia Industrial Elétrica - CEFET-MG; 2. Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado e Controle de Processos Industriais - LEACOPI) | ||
| INTRODUÇÃO:
As descargas atmosféricas (DA´s) têm sido o principal fator causador de interrupções no fornecimento de energia elétrica. De acordo com dados da CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais), em torno de 70% das falhas nos sistemas de transmissão estão associadas a esses fenômenos, os quais são responsáveis por prejuízos incalculáveis. Como fator agravante, o estado de Minas gerais possui características naturais peculiares de relevo e clima responsáveis pela elevação da densidade de DA´s. Além disso, seu solo apresenta valores elevados de resistividade (em torno de 2400Ω.m), podendo atingir valores superiores a 10000Ω.m em determinadas regiões. Com o objetivo de otimizar o desempenho frente às descargas atmosféricas, é de extrema relevância a quantificação da impedância de surto de condutores imersos no ar e situados perpendicularmente ao solo. É válido ressaltar que, em alguns estudos encontrados na literatura pesquisada, a impedância de surto (Zo) é aproximada por aquela associada a condutores paralelos ao solo. Tal aproximação é fisicamente inconsistente, pois, no caso de condutores verticais, Zo varia com o comprimento do condutor, o que não ocorre com os condutores horizontais. O estudo proposto neste trabalho tem importantes aplicações na caracterização da resposta de uma torre de transmissão ou de telecomunicação e de condutores de descida, conectados aos pára-raios que protegem edificações, quando submetidos à incidência direta de raios. |
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| METODOLOGIA:
A impedância de surto (Zo) corresponde a um conceito particular da impedância característica (Zc). Sua determinação é processada aproximando a expressão de Zc quando a freqüência é muito alta. Por conseguinte, Zo depende apenas dos efeitos indutivo e capacitivo. O efeito capacitivo de condutores verticais é amplamente divulgado na literatura. No entanto, o mesmo não ocorre para o efeito indutivo. Assim, inicialmente foi necessário deduzir uma formulação para a indutância de condutores verticais. No caso de condutores paralelos ao solo, o cômputo da indutância é relativamente simples, pois é possível definir uma superfície para a integração do campo magnético a fim de se obter o enlace de fluxo. No entanto, para condutores posicionados verticalmente em relação ao solo, a determinação da superfície em causa torna-se inviável. Tendo em vista tal situação, recorreu-se à expressão do potencial vetor magnético. De posse dessa expressão, determinou-se a fem (força eletromotriz) induzida num caminho (contorno) que envolve um elemento “dy” do condutor. Em seguida, através da aplicação da Lei de Faraday, pôde-se quantificar a indutância. O efeito do solo na distribuição do campo magnético (que afeta a indutância) foi considerado por meio da utilização do conceito de profundidade complexa e do método das imagens. |
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| RESULTADOS:
Após a dedução da formulação que expressa o parâmetro indutivo (L) e a obtenção, na literatura pesquisada, da expressão do parâmetro capacitivo (C), foram desenvolvidos programas computacionais no pacote MATLAB®7.0, a fim de proceder às análises de sensibilidade do comportamento de tais parâmetros e da impedância de surto (Zo). As análises em questão consideraram a variação em relação às seguintes grandezas: comprimento (h) e raio (r) do condutor vertical e resistividade do solo (ρ). Evidentemente, foi confirmado que os parâmetros L, C e Zo são sensíveis às variações em r. No entanto, esta sensibilidade é moderada, pois a dependência é logarítmica. Vale notar que C aumenta com r, enquanto L e Zo diminuem. A variação de L, C e Zo com h é mais pronunciada e aumenta à medida que o comprimento do condutor aumenta. A formulação encontrada para C não comporta variação com ρ. No entanto, L diminui com o aumento de ρ, consequentemente, Zo assume o mesmo comportamento. Esta tendência está associada ao seguinte fato: à medida que ρ aumenta, a profundidade complexa também aumenta e, assim, a contribuição da corrente imagem no potencial vetor diminui; consequentemente, o potencial vetor total (que determina a indutância total) diminui com o aumento de ρ. |
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| CONCLUSÕES:
A interação de descargas atmosféricas com sistemas elétricos de potência envolve, na maioria dos casos, a análise das respostas de condutores verticais em relação ao solo a tais solicitações. A impedância de surto de tais condutores corresponde a um parâmetro importante na quantificação dessas respostas. Alguns estudos encontrados nas literaturas pesquisadas (nacional e internacional) fazem aproximações similares ao comportamento de condutores horizontais. Neste caso, a impedância de surto (Zo) não depende do comprimento do condutor. Ademais, tais estudos consideram o solo como um condutor elétrico perfeito. Os desenvolvimentos realizados neste trabalho e os resultados obtidos mostram que estas aproximações são fisicamente inconsistentes, pois Zo varia de forma significativa com o comprimento do condutor vertical e a resistividade do solo é decisiva em sua determinação. Uma conclusão que merece destaque refere-se à comparação da variação de Zo com ρ para condutores horizontais e verticais (assumindo que C não varia com ρ): enquanto no caso de condutores horizontais Zo aumenta com ρ, no caso de condutores verticais, diminui. Os estudos desenvolvidos neste trabalho têm importantes aplicações em estudos de proteção de edificações contra os efeitos nocivos dos raios, pois um elemento fundamental no processo de proteção corresponde aos condutores verticais que interligam o pára-raios ao sistema de aterramento. |
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| Instituição de fomento: Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas - Departamento de Ensino Superior | ||
| Trabalho de Iniciação Científica | ||
| Palavras-chave: Impedância de surto de condutores; Descargas atmosféricas; Efeito do solo. | ||
| Anais da 57ª Reunião Anual da SBPC - Fortaleza, CE - Julho/2005 |