Avaliação da geometria de sistemas de aterramento na redução do impacto de descargas atmosféricas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: TARRAGÔ, Vinícius Leal
Orientador(a): NOVO, Lauro Rodrigo Gomes da Silva Lourenço
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Engenharia Eletrica
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Descarga atmosférica
Engenharia assistida por computador
Malha de aterramento
Simulação eletromagnética
Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/64465
Resumo: Este trabalho aborda o comportamento e a modelagem de sistemas de aterramento submetidos a descargas atmosféricas, com ênfase nas descargas do tipo nuvem-solo. A pesquisa concentra-se na análise da influência da geometria das malhas de aterramento e dos parâmetros que impactam a eficiência na dissipação da corrente elétrica, como a impedância de surto e a distribuição de potencial no solo. Além disso, buscou-se desenvolver uma metodologia de simulação computacional para avaliar o desempenho desses sistemas frente a correntes impulsivas. Para isso, foram realizadas simulações no software Ansys HFSS, que permite a modelagem eletromagnética detalhada de diferentes configurações de aterramento. As análises consideram variados tamanhos de malhas e diferentes arranjos de hastes verticais, visando identificar as soluções geométricas mais eficazes para a proteção contra descargas atmosféricas. A análise de sensibilidade do domínio de simulação contribuiu para definir um modelo otimizado para esta, garantindo resultados precisos sem sobrecarregar o processamento computacional. Além disso, um software em linguagem Python foi desenvolvido e integrado ao Ansys HFSS para automatização dos modelos, extração dos resultados e pós-processamento. Os resultados indicam que malhas de aterramento com maior número de hastes verticais, bem como aquelas com hastes posicionadas em pontos estratégicos, apresentam desempenho superior em termos de dissipação de corrente. A pesquisa também destaca a importância de adaptar os modelos de solo em função da frequência dos sinais, visto que as descargas atmosféricas apresentam componentes de alta frequência que influenciam a propagação da corrente no solo. Com isso, foi possível desenvolver diretrizes que podem ser aplicadas ao projeto de sistemas de aterramento mais eficazes e seguros.
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Além disso, buscou-se desenvolver uma metodologia de simulação computacional para avaliar o desempenho desses sistemas frente a correntes impulsivas. Para isso, foram realizadas simulações no software Ansys HFSS, que permite a modelagem eletromagnética detalhada de diferentes configurações de aterramento. As análises consideram variados tamanhos de malhas e diferentes arranjos de hastes verticais, visando identificar as soluções geométricas mais eficazes para a proteção contra descargas atmosféricas. A análise de sensibilidade do domínio de simulação contribuiu para definir um modelo otimizado para esta, garantindo resultados precisos sem sobrecarregar o processamento computacional. Além disso, um software em linguagem Python foi desenvolvido e integrado ao Ansys HFSS para automatização dos modelos, extração dos resultados e pós-processamento. Os resultados indicam que malhas de aterramento com maior número de hastes verticais, bem como aquelas com hastes posicionadas em pontos estratégicos, apresentam desempenho superior em termos de dissipação de corrente. A pesquisa também destaca a importância de adaptar os modelos de solo em função da frequência dos sinais, visto que as descargas atmosféricas apresentam componentes de alta frequência que influenciam a propagação da corrente no solo. Com isso, foi possível desenvolver diretrizes que podem ser aplicadas ao projeto de sistemas de aterramento mais eficazes e seguros.The presented work addresses the behavior and modeling of grounding systems in response to atmospheric discharges, particularly those of the cloud-to- ground type. The research focuses on the influence of the geometry of grounding meshes and the parameters that affect the efficiency in current dissipation, such as surge impedance and potential distribution in the soil. In addition, this work aimed to develop a computational simulation methodology to evaluate the performance of grounding systems facing to impulsive currents. To achieve this, simulations were carried out using the Ansys HFSS software, which enables detailed electromagnetic modeling of different grounding configurations. The analyses consider various grid sizes and different arrangements of vertical rods, aiming to identify the most effective geometric solutions for protection against lightning strikes. The sensitivity analysis of the simulation domain helped to define an optimized model for the simulation, ensuring accurate results without overloading the computational processing. Additionally, a Python-based software was developed and integrated with Ansys HFSS for the automation of models, results extraction, and post-processing. The results indicate that grounding meshes with a greater number of vertical rods, as well as those with rods positioned in strategic points, demonstrate superior performance in terms of current dissipation. The research also highlights the importance of adapting soil models according to the signal frequency, as atmospheric discharges contain high-frequency components that influence current propagation in the soil. With this, it was possible to develop guidelines that can be applied to the design of more effective and safer grounding systems.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia EletricaUFPEBrasilhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessDescarga atmosféricaEngenharia assistida por computadorMalha de aterramentoSimulação eletromagnéticaAvaliação da geometria de sistemas de aterramento na redução do impacto de descargas atmosféricasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Vinícius Leal Tarragô.pdfDISSERTAÇÃO Vinícius Leal Tarragô.pdfapplication/pdf4842376https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/64465/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Vin%c3%adcius%20Leal%20Tarrag%c3%b4.pdfd161c936aa53f70f0cd9724c1d3f3985MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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