Modelagem de sistemas de aterramento de linhas de transmissão para solos não homogêneos em regime harmônico, utilizando o método de elementos finitos com diferentes metodologias de truncamento. - Pinho, Marina Gasparini (2020)
Este trabalho tem como objetivo fornecer contribuições ao estudo de sistemas de aterramento de linhas de transmissão em regime harmônico senoidal, utilizando o Método de Elementos Finitos (MEF), por intermédio de diferentes técnicas de truncamento do domínio de estudo e estratificação do solo, para a criação de modelos computacionais tridimensionais capazes de simular a resposta de diferente topologias de aterramento frente a situações de descargas atmosféricas e surtos de manobra. Dentre os principais subprodutos desta pesquisa, destacam-se: (i) o desenvolvimento de um modelo de otimização a partir do desenvolvimento de um Algoritmo Genético (AG) para estratificação e representação do solo avaliado em um modelo multicamadas, utilizando-se de medições de resistividade experimentais, realizadas em campo; (ii) o desenvolvimento e validação de modelos computacionais tridimensionais, para diferentes topologias de sistema de aterramento, a partir da determinação de suas resistências e impedâncias de aterramento frente à variações de frequência, inicialmente realizadas para solos homogêneos; (iii) incorporação dos parâmetros de estratificação, obtidos através do AG desenvolvido, aos modelos computacionais, possibilitando a avalição dos sistemas de aterramento frente às não homogeneidades do solo, bem como a escolha do modelo de estratificação que o represente. O AG foi desenvolvido por meio de rotinas elaboradas em software dedicado à programação de problemas de engenharia, seguindo a conceituação clássica de um AG. Os modelos computacionais, por sua vez, foram desenvolvidos com o auxílio do software dedicado à análise eletromagnética através do MEF. A metodologia adotada se baseou na formulação nodal do método, com utilização do potencial vetor magnético, A , e potencial escalar elétrico, V, com aproximação realizada através de elementos de segunda ordem. As simulações foram realizadas sob a ótica do fenômeno magnético em regime harmônico, adequadas à operação em altas frequências. Para a delimitação do domínio dos modelos computacionais foram adotadas três metodologias de truncamento: (i) truncamento a partir de imposição de condição de Dirichlet homogênea sob potencial elétrico (truncamento simples); (ii) truncamento a partir de imposição de condição de Dirichlet não homogênea sob potencial elétrico (truncamento utilizando formulação analítica de distribuição de potencial emsolo homogêneo); (iii) truncamento utilizando-se a técnica intitulada Perfectly Matched Layers (PML). De posse dos resultados obtidos nas simulações e do cálculo analítico das resistências e impedâncias de aterramento, fez-se possível a comparação e aferição dos modelos, avaliando o impacto da técnica de truncamento adotada.