Este trabalho tem como objetivo fornecer contribuições ao estudo de sistemas de aterramento submetidos a correntes elétricas no regime permanente senoidal pelo Método dos Elementos Finitos. Nele se discutem as motivações para a utilização deste procedimento numérico em problemas desta categoria, e mais especificamente para o uso da variante deste método com elementos finitos de aresta. O tratamento completo necessário à construção das funções de forma para a aproximação local de grandezas vetoriais com elementos hexaédricos é nele desenvolvido e detalhado. Com estes resultados, uma aplicação computacional capaz de modelar o comportamento de uma haste de aterramento verticalmente enterrada no solo foi desenvolvida, utilizando-se para a discretização do domínio elementos finitos hexaédricos tri-lineares e quadráticos incompletos. Esta aplicação computacional foi utilizada para o estudo da resposta em freqüência da impedância equivalente a aterramentos desta categoria em diferentes condições de solo e com as duas variedades de elemento hexaédrico anteriormente mencionados. Os resultados obtidos são então discutidos, bem como a validade da modelagem adotada para o problema físico aqui considerado. / This work aims to provide contributions to the study of grounding systems subjected to electric currents at the sinusoidal steady state by the Finite Element Method. Motivations for the use of this numerical procedure in problems of this category, and more specifically for the usage of the Edge Finite Element Method variant, are discussed in it. The complete treatment required for building the shape functions for the local approximation of vector physical quantities with hexahedral finite elements is here developed and detailed. With these results a computer application capable of modeling the behavior of vertically buried grounding rods was developed, in which domain discretization is accomplished by the usage of both tri-linear and incomplete quadratic hexahedral finite elements. This computer application was employed in the study of the frequency response of the impedance equivalent to grounding systems of this class at different soil conditions and with both hexahedral element varieties previously mentioned. The results obtained are then discussed, as well as the validity of the modeling adopted for this physical problem.

Orientador: André Christóvão Pio Martins / Coorientador: André Nunes de Souza / Banca: Oscar Armando Maldonado Astorga / Banca: Pedro da Costa Junior / Resumo: Este trabalho mostra o estudo de uma linha de transmissão onde ocorreram desligamentos causados por descargas atmosféricas. Esse estudo foi feito a partir de informações de desligamentos de linhas de transmissão da concessionária e dados extraídos de um sistema de análise e monitoramento de descargas atmosféricas. Para esse trecho da linha de transmissão foram identificadas incidências de descargas atmosféricas que causaram desligamentos, bem como descargas que não causaram desligamentos. Baseados nestas informações foram efetuadas medições em campo de resistência de aterramento dos contrapesos e da resistividade do solo, onde foi possível constatar através dos resultados que algumas torres apresentaram valores que ultrapassaram os valores normatizados. O levantamento dessas informações é o principal foco deste estudo, que visa fornecer subsídios para a identificação de torres problemáticas. Uma proposta clássica utilizada para melhorar o desempenho desta linha de transmissão frente à incidência de descargas atmosféricas foi testada mas seu resultado não foi muito satisfatário / Abstract: This paper shows the study of a transmission line where outages occurred because of lightnings. The study was made from information that came from the power utility transmission line disconnection and data obtained from lightnings analyses and monitoring system. For this part of the transmission line it was identified incidence of lightning that caused outages, as well as incidences that did not cause outages. Based on this information, it was performed field measurements of ground resistance counterpoise and resistivity where is was possible to find, trough the results that some of the towers present numbers trepassed the normal values. Coming up with this information is this information is the main goal of this study that aims to offer to identify the towers that contains problems. A classical proposal used to improve the performance of this transmission line facing the incidence of lightnings was tested but the result wasn't very satisfactory / Mestre

Submitted by Felipe Vasconcellos (felipe.vasconcellos@ufba.br) on 2017-07-22T11:41:08Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FELIPE MENDES DE VASCONCELLOS.pdf: 2905482 bytes, checksum: 58b22675f48f126a124d6445ff5b32e2 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-07-26T13:31:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FELIPE MENDES DE VASCONCELLOS.pdf: 2905482 bytes, checksum: 58b22675f48f126a124d6445ff5b32e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-26T13:31:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FELIPE MENDES DE VASCONCELLOS.pdf: 2905482 bytes, checksum: 58b22675f48f126a124d6445ff5b32e2 (MD5) / As descargas atmosféricas são responsáveis pelas principais solicitações dos sistemas de aterramento e pela maior parte dos desligamentos não programados das linhas de transmissão. O conhecimento aprofundado do comportamento eletromagnético transitório do aterramento sob essas condições tem importância vital na determinação de práticas eficazes de proteção de sistemas elétricos contra as descargas atmosféricas. Tal comportamento pode ser estimado por meio de simulações computacionais compostas por modelos matemáticos que representem de forma consistente a resposta física do aterramento. Este trabalho discorre sobre a modelagem de linhas de transmissão para análises e simulações no domínio do tempo de transitórios eletromagnéticos resultantes de descargas atmosféricas incidentes. São apreciados e apresentados os principais mecanismos associados à formação das descargas atmosféricas, os aspectos relevantes à incidência de descargas em linhas de transmissão e os seus mecanismos de propagação em relação ao ponto de incidência. Em seguida, são apresentados e analisados modelos da corrente de descarga atmosférica, torres de transmissão, linhas de transmissão e dos sistemas de aterramento disponíveis para uso no programa computacional Alternative Transients Program (ATP). A partir destes modelos, foram concebidas simulações computacionais que reproduzem o fenômeno eletromagnético em questão. A sua aplicação a configurações básicas de aterramento permitiu análises diversas. Nestas análises, avalia-se a eficiência dos sistemas de aterramento sob algumas condições, que incluem diferentes configurações, valores de resistividade do solo e onda de corrente injetada. A ferramenta desenvolvida pode auxiliar valorosamente no estudo, análise e projeto de sistemas de aterramento, especialmente quando é apreciado o desempenho e comportamento dos mesmos frente a descargas atmosféricas. Para todos os testes realizados, a resposta do modelo esteve de acordo com o comportamento esperado.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-07Bitstream added on 2014-06-13T18:52:40Z : No. of bitstreams: 1 santanna_cj_me_bauru.pdf: 665147 bytes, checksum: 6306cdfa87c4bda06d03c808dedff5fd (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho possui como linha mestra a apresentação de proposições técnicas para as instalações de baixa e média tensão na incidência de descargas atmosféricas, visando diminuir danos nos equipamentos elétricos dos consumidores. Para a realização dessas proposições foram estudados e analisados diversos casos relacionados ao sistema de aterramento recomendados pelas normas e publicações técnicas. A diretriz metodológica adotada nesta pesquisa incorporou estudos correlatos já consolidados, experimentos e também simulações computacionais. Os resultados obtidos foram analisados levando-se em conta a influência dos sistemas de aterramento e seus componentes, tais como: tipos de eletrodos, solo, tipo de condutor de descida e dispositivos de proteção contra surtos. / The master line of this present study consists of the presentation of technical propositions related to low and medium tension installations in the incidence lightning, aiming to decrease damages on consumer's electrical equipment. For the accomplishment of those propositions, several cases related to the earthing systems recommended standards and publications have been studied and analyzed. The methodological directive adopted in the present research has been incorporated already consolidated correlate studies consolidated, experiments, as well as digital simulations. The results obtained have been analyzed taking into account the influence of the earthing systems and their components, such as: electrodes, soil, descending conductors and protection devices.

Made available in DSpace on 2015-03-13T17:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TasiaHLM.pdf: 1408963 bytes, checksum: 9fb714b620a5b8c79b79cd9b918dafb4 (MD5) Previous issue date: 2001-03-02 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / O presente estudo objetiva identificar e compreender as transforma??es geomorfol?gicas ocorridas nas lagoas naturais existentes e desaparecidas na Cidade do Natal, durante a ocupa??o urbana, considerando a import?ncia e o equil?brio do ecossistema lacustre no meio ambiente local. Foram utilizadas fotografias a?reas/1970, imagens de sat?lite SPOT/1996, cartas topogr?ficas/1978, 1:2000, mapa do munic?pio do Natal/1 : 10.000 /1956, planta do Forte do Rio Grande e arredores, 1633, observa??es in loco , e conversas informais com moradores das ?reas do entorno das lagoas. As cartas topogr?ficas foram digitalizadas e com os dados obtidos foram constru?dos Modelos Digitais de Eleva??es das ?reas das lagoas e da Cidade do Natal. Constatou-se que, em decorr?ncia da expans?o urbana, as lagoas perderam as caracter?sticas de natureza primitiva e ganharam outras de natureza transformada, substituindo a cobertura vegetal natural pela arboriza??o urbana; o solo pela cobertura de asfaltos e os riachos por galerias de ?guas pluviais sintetizando, assim, os novos aspectos da geomorfologia urbana. O entorno das lagoas foi ocupado por pra?as, pr?dios p?blicos e particulares, causando degrada??es consider?veis nas lagoas da Campina, Nova, Seca, Jacob, Manuel Felipe e nas do conjunto habitacional Pirangi/Jiqui, agravadas, substancialmente, no per?odo chuvoso. Estas lagoas naturais foram classificadas como lagoas do conjunto habitacional Pirangi/Jiqui, lagoas associadas ao sistema Lagoinha, lagoas associadas ao sistema estu?rio Potengi/Jundia?, lagoas associadas ao sistema rio Doce e lagoas artificiais (recep??o e estabiliza??o). Morfologicamente, as lagoas se apresentam como depress?es interdunares, com formas semicirculares e alongadas na dire??o preferencial dos ventos, com depend?ncia das precipita??es pluviom?tricas e do suprimento d ?gua do aq??fero Dunas/Barreiras, o qual aflora nas ?reas mais baixas, onde ocorrem substratos correlacionados aos sedimentos da Forma??o Barreiras recobertas por aluvi?es lacustres. O aterramento das lagoas imp?s mudan?as consider?veis ? geomorfologia local, provocando transforma??es ? paisagem natural. O maior problema do aterramento das lagoas foi ? transfer?ncia da drenagem urbana da cidade. Prop?e-se a realiza??o de estudos geol?gicos/geomorfol?gicos relativos ao uso e ocupa??o do solo urbano

Orientador: Jose Pissolato Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T10:45:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarinMesa_HenryRamon_M.pdf: 775188 bytes, checksum: d44b6096c03070dff5fb491bb2b0d7dd (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta uma análise computacional usando a técnica numérica TLM (Transmission Line Method) do comportamento das tensões transitórias em sistemas de aterramento, quando submetidas a fenômenos impulsivos do tipo descargas atmosféricas. É apresentada uma revisão bibliográfica sobre o tema e os diferentes métodos numéricos usados para modelar sistemas de aterramento. A técnica numérica TLM é apresentada, assim como, as equações para a determinação dos parâmetros usados nas simulações e o fluxograma do programa computacional desenvolvido. O programa foi escrito em Fortran e validado comparando os resultados obtidos com simulações e testes experimentais publicados por outros autores. Com o objetivo de obter o comportamento das tensões transitórias sobre diferentes situações, foi estudada a influência de alguns parâmetros no comportamento transitório das malhas de aterramento / Abstract: This work, by using the TLM (Transmission Line Method) numeric technique, presents a computational analysis of the transitory tensions behavior in grounding systems, when submitted to impulsive phenomena of the atmospheric discharge type. A bibliographical revision on the theme and the different numeric methods used for modelling grounding systems, including the TLM numeric technique, are explained, as well as the equations for the determination of the parameters used in the simulations and the flowchart of the software developed. The program written in Fortran was validated comparing simulations and experimental tests published by other authors. For the purpose of obtaining the transitory tensions behavior in different situations, we studied the influence of some parameters in the transitory behavior of grounding meshes / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Com o surgimento das novas tecnologias aplicadas aos equipamentos e arranjos geométricos das fontes renováveis de energia, o sistema de aterramento passou a operar com correntes de várias frequências, diferentes da componente fundamental. Estas correntes são provenientes das novas cargas não lineares conectadas e das condições de falta, tornando mais difícil a equipotencialização do sistema de aterramento, devido, principalmente, ao seu tamanho e sua geometria. Neste cenário, esta pesquisa tem como objetivo o estudo do comportamento de um sistema de aterramento operando na presença de correntes com distorção harmônica. Para a modelagem do sistema de aterramento teste, foi utilizada a teoria de linhas de transmissão, considerando parâmetros distribuídos, pela qual o condutor foi modelado em porções ao longo de seu comprimento. Para a modelagem e análise do sistema de aterramento foram utilizados o programa ATP (Alternative Transients Program) e uma ferramenta computacional comercial, com o intuito de validar os valores da resistência da malha de aterramento observados. Pelos resultados encontrados, têm-se argumentos para alertar os projetos futuros de sistemas de aterramento para a necessidade e uma melhor análise das situações operacionais passíveis de ocorrência no sistema elétrico que venham a apresentar uma composição harmônica diferente e não desprezível em relação ao componente fundamental. / With the rise of new technology applied to devices and geometric arrangements related to renewable energy sources, grounding systems have started to operate with currents of multiple frequencies, deviating from its fundamental component. These currents come from the connection of new nonlinear loads and fault conditions, which makes the equipotential bonding harder for the grounding system, mainly due to its size and geometry. In this scenario, this research aims to study the behavior of a grounding system operating in the presence of harmonically distorted currents. The transmission line theory was used to model the testing grounding system, based on distributed parameters, through which the conductor was modeled in increments along its length. For modeling and studying the grounding system, the ATP (Alternative Transients Program) and a commercial software tool were used in order to validate the resistance values observed in the grounding grid. Based on the results found, there are arguments to alert future grounding system projects about the need for a better assessment of operational scenarios likely to occur in the electrical system, which may display a different harmonic composition that is not negligible in relation to the fundamental component.

Com o surgimento das novas tecnologias aplicadas aos equipamentos e arranjos geométricos das fontes renováveis de energia, o sistema de aterramento passou a operar com correntes de várias frequências, diferentes da componente fundamental. Estas correntes são provenientes das novas cargas não lineares conectadas e das condições de falta, tornando mais difícil a equipotencialização do sistema de aterramento, devido, principalmente, ao seu tamanho e sua geometria. Neste cenário, esta pesquisa tem como objetivo o estudo do comportamento de um sistema de aterramento operando na presença de correntes com distorção harmônica. Para a modelagem do sistema de aterramento teste, foi utilizada a teoria de linhas de transmissão, considerando parâmetros distribuídos, pela qual o condutor foi modelado em porções ao longo de seu comprimento. Para a modelagem e análise do sistema de aterramento foram utilizados o programa ATP (Alternative Transients Program) e uma ferramenta computacional comercial, com o intuito de validar os valores da resistência da malha de aterramento observados. Pelos resultados encontrados, têm-se argumentos para alertar os projetos futuros de sistemas de aterramento para a necessidade e uma melhor análise das situações operacionais passíveis de ocorrência no sistema elétrico que venham a apresentar uma composição harmônica diferente e não desprezível em relação ao componente fundamental. / With the rise of new technology applied to devices and geometric arrangements related to renewable energy sources, grounding systems have started to operate with currents of multiple frequencies, deviating from its fundamental component. These currents come from the connection of new nonlinear loads and fault conditions, which makes the equipotential bonding harder for the grounding system, mainly due to its size and geometry. In this scenario, this research aims to study the behavior of a grounding system operating in the presence of harmonically distorted currents. The transmission line theory was used to model the testing grounding system, based on distributed parameters, through which the conductor was modeled in increments along its length. For modeling and studying the grounding system, the ATP (Alternative Transients Program) and a commercial software tool were used in order to validate the resistance values observed in the grounding grid. Based on the results found, there are arguments to alert future grounding system projects about the need for a better assessment of operational scenarios likely to occur in the electrical system, which may display a different harmonic composition that is not negligible in relation to the fundamental component.

Este trabalho fundamenta-se no desenvolvimento e aprimoramento de metodologias para a melhor representação do aterramento elétrico sob uma análise transiente. O estudo concentrase no estabelecimento de contribuições ao estado da arte associadas à análise e modelagem de aterramento impulsivo e em altas frequências. O estudo vincula-se também à avaliação da suportabilidade de seres humanos submetidos a potenciais produzidos na superfície do solo, provenientes da corrente elétrica gerada por um surto atmosférico. A concepção das metodologias propostas baseou-se no uso do Método da Modelagem por Linhas de Transmissão em uma dimensão (TLM-1D). Destacam-se três grandes tópicos da pesquisa. O primeiro concentra-se no desenvolvimento de formulação para a inclusão do fenômeno de ionização do solo ao Método TLM-1D clássico. A formulação desenvolvida tem como característica ser uma técnica generalista, independente das propriedades do meio, dimensões do eletrodo e do surto atmosférico. O segundo foco concentra-se no aprimoramento e desenvolvimento de equacionamento analítico para a estimação de potenciais gerados na superfície do solo, originados pela corrente elétrica estabelecida sobre eletrodo de aterramento. Tal equacionamento tem grande aplicabilidade em conjunto com metodologias numéricas unidimensionais, as quais não são capazes de determinar diretamente os referidos potenciais. Por fim, a realização de estudo de suportabilidade e segurança de seres humanos em contato com eletrodos de aterramento submetidos a surto atmosférico, considerando modelo representativo baseado em circuitos elétricos, consolida o trabalho desenvolvido. / This work is based on the development and improvement of methodologies for the best representation of the electrical grounding under a transient analysis. The study concentrated on establishing contributions to the state of the art related to the analysis and modeling of impulsive and high frequencies grounding systems. The study is also associated to the evaluation of the supportability of human beings submitted to the potentials produced on the soil surface from the electric current generated by a lightning. The conception of the proposed methodology was based on the Transmission Line Modeling Method in one dimension (TLM- 1D). Three major research topics can be highlighted. The first involves the development of a formulation to include the soil ionization phenomenon in the classic TLM-1D algorithm. The developed formulation is a generalist technique, independent of the medium properties, characteristic of the electrode and lightning surge. The second aims at the improvement and development of analytical equations for estimating the generated potential on the soil surface, originated by the electric current calculated in the grounding electrode. Such equationing has great applicability in conjunction with one-dimensional numerical methods which are not able to determine such potential directly. Finally, the achievement of a supportability study and personal safety of humans in contact with the grounding electrodes subjected to a lightning, considering a representative model based on electrical circuits, consolidates the developed work.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-27T13:59:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PropostasNovasTecnicas.pdf: 9171936 bytes, checksum: cf7338076498c1c851a05340e572cc7a (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-28T12:59:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PropostasNovasTecnicas.pdf: 9171936 bytes, checksum: cf7338076498c1c851a05340e572cc7a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-28T12:59:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PropostasNovasTecnicas.pdf: 9171936 bytes, checksum: cf7338076498c1c851a05340e572cc7a (MD5) Previous issue date: 2007-08-01 / Neste trabalho são apresentadas novas técnicas para promoção da redução do potencial de passo em sistemas de aterramento, bem como analises à respeito das já existentes na literatura. Para alcançar tal objetivo, lançou-se mão de recursos como curvar as bordas das malhas de terra (modelo guardachuva) e uso de ramificações em hastes de aterramento (modelo fractal). Os resultados obtidos mostram claramente que as tais propostas são bastante promissoras e eficientes, principalmente por se tratar de um problema de grande importância para a segurança das pessoas e dos equipamentos. Reduções no potencial de passo de até 85% foram obtidas. É proposto também, a utilização de elementos de circuito concentrados com o objetivo de se criar um modelo de aterramento capaz de operar nos mais diversos tipos de solo. Para a análise das estruturas consideradas, é utilizado um software no qual as equações de Maxwell são resolvidas numericamente através do método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (método FDTD) associado à truncagem do domínio de análise pela técnica UPML e à representação dos condutores elétricos por uma formulação de fio fino para meios condutivos. / This work presents new techniques to reduce the step potential in grounding systems, as well as analysis regarding others present in the literature. For this goal, some resources were employed, such as to bent the mesh grounding borders (Umbrella Model) and the use of ramifications on the grounding rods (Fractal Model). The obtained results clearly show that the proposals are promising and efficient, mainly when dealing with a problem of large importance for people and equipment security. Reductions up to 85% in the step potential were obtained. It is also proposed here, the employment of lumped parameteres circuit elements, aiming at a ground system model capable to operate in any kind of the existing grounds. In order to analyze the structures, a software was utilized in which Maxwell’s equations are numerically solved by the FDTD Method associated to the UPML technique, and thin wires in a lossy medium.