Estudos sobre proteção contra os surtos chamados de transitórios rápidos, principalmente os que afetam os sistemas elétricos de potência, exigem que o comportamento dos sistemas de aterramento quando submetidos a esses eventos seja meticulosamente estimado. Isto se deve ao fato de o chamado comportamento dinâmico associado aos sistemas de aterramento, muitas vezes, produzir resultados diferentes do chamado comportamento estático. Em face disso é consenso que, para a realização de tais estudos, é necessário obter um modelo acurado seja do sistema de aterramento como um todo ou dos elementos que o compõe para conseguir uma boa representação nas simulações digitais. Durante as últimas duas décadas muitas tentativas vêem sendo feitas nessa direção. Essas tentativas são baseadas ora em modelos computacionais, os quais são resolvidos numericamente, ora sobre expressões analíticas para as distribuições de tensão e corrente sob simplificações ou condições iniciais especiais. Diversas soluções lidam com as equações de propagação, considerando os parâmetros dos componentes do sistema de aterramento dependentes da freqüência. Outro grupo de métodos baseia-se nos princípios do eletromagnetismo. Neste contexto, este trabalho propõe uma modelagem, usando um bipolo elétrico equivalente, para representar um sistema de aterramento em simulações digitais, por meio de programas baseados no SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. Diferente de modelos anteriores, que usaram o bipolo elétrico para simular apenas o comportamento dinâmico de determinadas partes de um sistema de aterramento, nesta modelagem utiliza-se apenas um bipolo elétrico para simular tanto o comportamento dinâmico quanto o estático. Essa modelagem foi desenvolvida ao longo de um estudo teórico-experimental realizado sobre o tema. / Fast transients protection studies, mainly with regard to electric power systems, require accurate estimation of grounding systems behavior under such phenomena. Therefore, the called dynamic behavior of grounding systems leads those studies, most of cases, to different results from the other called static behavior. For this reason, either the whole grounding system or each one of its components need to be accurately modeled to offer a good representation in digital simulations. Researchers have been made many attempts to this direction, during the last two decades. These attempts are based sometimes on computer models, which are solved numerically, sometimes on analytical expressions for voltage and current distributions under simplifications or special initial conditions. Several solutions deal with the propagation equations, considering the parameters frequency dependence of the grounding system elements. Another class of solution methods is based on the electromagnetism principles. Inserted in this context, the present work proposes a model to represent grounding systems as a whole in digital simulations carried out by computer programs based on SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. This task was performed by using only one experiment-based two-port electric circuit model. Unlike previous works, that explored the two-port electric circuit model to simulate only the dynamic behavior of grounding systems, this work shows the possibility to incorporate both dynamic and static behavior to the two-port electric circuit model. This procedure relies on a methodology developed from a theoretic-experimental study.

Estudos sobre proteção contra os surtos chamados de transitórios rápidos, principalmente os que afetam os sistemas elétricos de potência, exigem que o comportamento dos sistemas de aterramento quando submetidos a esses eventos seja meticulosamente estimado. Isto se deve ao fato de o chamado comportamento dinâmico associado aos sistemas de aterramento, muitas vezes, produzir resultados diferentes do chamado comportamento estático. Em face disso é consenso que, para a realização de tais estudos, é necessário obter um modelo acurado seja do sistema de aterramento como um todo ou dos elementos que o compõe para conseguir uma boa representação nas simulações digitais. Durante as últimas duas décadas muitas tentativas vêem sendo feitas nessa direção. Essas tentativas são baseadas ora em modelos computacionais, os quais são resolvidos numericamente, ora sobre expressões analíticas para as distribuições de tensão e corrente sob simplificações ou condições iniciais especiais. Diversas soluções lidam com as equações de propagação, considerando os parâmetros dos componentes do sistema de aterramento dependentes da freqüência. Outro grupo de métodos baseia-se nos princípios do eletromagnetismo. Neste contexto, este trabalho propõe uma modelagem, usando um bipolo elétrico equivalente, para representar um sistema de aterramento em simulações digitais, por meio de programas baseados no SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. Diferente de modelos anteriores, que usaram o bipolo elétrico para simular apenas o comportamento dinâmico de determinadas partes de um sistema de aterramento, nesta modelagem utiliza-se apenas um bipolo elétrico para simular tanto o comportamento dinâmico quanto o estático. Essa modelagem foi desenvolvida ao longo de um estudo teórico-experimental realizado sobre o tema. / Fast transients protection studies, mainly with regard to electric power systems, require accurate estimation of grounding systems behavior under such phenomena. Therefore, the called dynamic behavior of grounding systems leads those studies, most of cases, to different results from the other called static behavior. For this reason, either the whole grounding system or each one of its components need to be accurately modeled to offer a good representation in digital simulations. Researchers have been made many attempts to this direction, during the last two decades. These attempts are based sometimes on computer models, which are solved numerically, sometimes on analytical expressions for voltage and current distributions under simplifications or special initial conditions. Several solutions deal with the propagation equations, considering the parameters frequency dependence of the grounding system elements. Another class of solution methods is based on the electromagnetism principles. Inserted in this context, the present work proposes a model to represent grounding systems as a whole in digital simulations carried out by computer programs based on SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. This task was performed by using only one experiment-based two-port electric circuit model. Unlike previous works, that explored the two-port electric circuit model to simulate only the dynamic behavior of grounding systems, this work shows the possibility to incorporate both dynamic and static behavior to the two-port electric circuit model. This procedure relies on a methodology developed from a theoretic-experimental study.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-25T17:58:53Z No. of bitstreams: 1 GABRIEL VIDAL NEGREIROS BEZERRA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 5032226 bytes, checksum: 900940f480110db5450f19583af7d19d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T17:58:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GABRIEL VIDAL NEGREIROS BEZERRA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 5032226 bytes, checksum: 900940f480110db5450f19583af7d19d (MD5) Previous issue date: 2017-03-30 / CNPq / Neste trabalho é realizada uma avaliação da resposta impulsiva de aterramento com haste concretada, considerando o efeito da ionização do solo. Para isso, o aterramento foi representado e simulado utilizando uma ferramenta computacional de simulação em três dimensões por meio do método dos elementos finitos. A representação computacional, bem como a validação da mesma, foi feita tomando-se como base dados experimentais apresentados na literatura. O fenômeno da ionização do solo foi implementado ponto a ponto, utilizando o equacionamento do modelo dinâmico de ionização do solo, possibilitando que aterramentos com diferentes formatos geométricos sejam avaliados. Avaliou-se a impedância transitória de uma haste concretada padronizada para solos com diferentes resistividades. Além disso, procedeu-se com uma análise da resposta impulsiva da haste concretada para diferentes parâmetros geométricos, a saber: raio do concreto envolvente, comprimento vertical da haste concretada, comprimento vertical do concreto envolvente e profundidade da haste concretada em relação ao nível do solo. Por fim, propõem-se limites práticos e sugestões de dimensões para a haste concretada, de forma que a reposta impulsiva seja otimizada. / In this research, was performed an impulsive response evaluation of concrete encased groundings, considering de soil ionization effect. In order to achive this, the grouding was represented and simulated in three dimensions using a finite element method software. The computational representation and validation were performed using experimental data presented in the literature. The soil ionization effect was implemented in a point form, allowing evaluate groudings with different geometric formats. It was studied the transient impedance of a standard concrete encased rod placed in soils with different resistivity values. Furthermore, was performed a transient response analysis for different geometric parameters of the concrete encased rod, namely: the concrete radius, the vertical length of the concrete encased rod, the vertical length of the concrete encased rod, the surrounding concrete and the depth of the concrete encased rod in relation to the soil surface. Finally, practical limits and suggested dimensions for the concrete encased rod are proposed, in order to optimize the impulse response.