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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44103
Tipo: Dissertação
Título: Análise do impacto de diferentes modelagens do sistema de aterramento no desempenho de linhas de transmissão submetidas a descargas atmosféricas
Título(s) alternativo(s): Analysis of the impact of different grounding system modeling approaches on the performance of transmission lines subjected to lightning strikes
Autor(es): Mattos, Paulo Fernando Oliveira Paim de
Primeiro Orientador: Moreira, Fernando Augusto
Segundo Orientador: Vasconcellos, Felipe Mendes de
metadata.dc.contributor.referee1: Moreira, Fernando Augusto
metadata.dc.contributor.referee2: Alípio, Rafael Silva
metadata.dc.contributor.referee3: Moura, Rodolfo Antônio Ribeiro de
metadata.dc.contributor.referee4: Kurokawa, Sérgio
Resumo: A elevada incidência de descargas atmosféricas e as características do solo brasileiro contribuem para um número significativo de desligamentos em linhas de transmissão, principalmente devido ao backflashover causado por descargas diretas. O presente trabalho se propõe a apreciar a temática do desempenho de linhas de transmissão frente às descargas atmosféricas. Nesse contexto, avalia-se o impacto de diferentes modelos de representação de aterramento no desempenho de uma linha de transmissão de 230 kV, considerando a estimativa de sobretensões e taxas de backflashover. São analisados: (i) o modelo de resistência de baixa frequência (STM), amplamente empregado em projetos de aterramento; (ii) o modelo de impedância impulsiva (Z_p), que representa de forma aproximada o comportamento dependente da frequência do aterramento no instante de ocorrência do pico de corrente da descarga; e (iii) os modelos de comportamento dependente da frequência em todo o espectro: LTAEM, baseado na teoria de linhas de transmissão com acoplamento eletromagnético; e HEM, fundamentado na teoria de campos eletromagnéticos e amplamente reconhecido como benchmark na literatura. Os resultados e análises apresentados ao longo deste trabalho demonstraram que a modelagem do sistema de aterramento exerce papel determinante na avaliação do desempenho de linhas de transmissão frente à ocorrência de descargas atmosféricas. Constatou-se que modelos mais avançados, que consideram o comportamento dependente da frequência do solo e dos eletrodos para todo o espectro de frequência, tais como o HEM e LTAEM, proporcionam respostas mais aderentes à realidade física, reduzindo incertezas nas estimativas de sobretensão e na previsão de desligamentos. Por outro lado, o modelo Z_p apresentou resultados satisfatórios no que se refere à estimativa dos níveis de sobretensão resultante na cadeia de isoladores e taxas de desligamento por 100 km de linha por ano devido ao backflashover. No entanto, essa abordagem apresenta como limitação a realização da varredura da faixa de frequência apenas nos instantes de pico de corrente do surto (I_p2) e do GPR desenvolvido pelo sistema de aterramento. Consequentemente, recomenda-se que as estimativas de desempenho da linha frente a descargas atmosféricas sejam realizadas preferencialmente por meio dos modelos HEM ou LTAEM, destacando-se a vantagem computacional deste último. Todavia, ressalta-se que o modelo Z_p apresenta-se como uma alternativa tecnicamente válida e atrativa, do ponto de vista prático. Por fim, os resultados demonstram que a fase com maiores sobretensões na cadeia de isoladores não é, necessariamente, aquela associada ao maior número de desligamentos por backflashover, evidenciando a importância da análise conjunta das diferentes fases da linha.
Abstract: The high incidence of lightning strikes and the specific characteristics of Brazilian soil contribute to a significant number of transmission line outages, mainly due to backflashovers caused by direct strikes. This study addresses the performance of transmission lines under lightning conditions, evaluating the impact of different grounding representation models on the performance of a 230 kV transmission line, with emphasis on overvoltage estimation and backflashover rates. The analyzed models include: (i) the low-frequency resistance model (STM), commonly used in grounding design; (ii) the impulse impedance model (Z_p), which approximates the frequency-dependent behavior of the grounding system at the instant of the lightning current peak; and (iii) the frequency-dependent models over the entire spectrum — LTAEM, based on transmission line theory with electromagnetic coupling, and HEM, grounded in electromagnetic field theory and widely recognized as a benchmark in the literature. The results show that the grounding system modeling plays a decisive role in evaluating transmission line performance under lightning events. Advanced models that consider the frequency-dependent behavior of the soil and grounding electrodes over the entire frequency spectrum—such as the HEM and the LTAEM—provide responses that are more consistent with physical reality, thereby reducing uncertainties in overvoltage estimation and in the prediction of line outages. On the other hand, the Z_p model yielded satisfactory results regarding the estimation of overvoltage levels across the insulator string and the rate of outages per 100 km of line per year due to backflashover. However, a limitation of this approach lies in the fact that the frequency sweep is performed only at the instants corresponding to the peak surge current (I_p2) and the ground potential rise (GPR) developed by the grounding system. Consequently, it is recommended that the performance assessment of transmission lines under lightning conditions be preferably carried out using the HEM or LTAEM models, with particular emphasis on the computational efficiency of the latter. Nevertheless, the Z_p model remains a technically sound and practically attractive alternative. Finally, the results show that the phase with the highest insulator string overvoltages does not necessarily correspond to the phase with the highest number of backflashover outages, underscoring the importance of assessing all transmission line phases jointly.
Palavras-chave: Sistema Elétrico de Potência
Linhas de transmissão
Sistema de aterramento
Descargas atmosféricas
Sobretensões
Backflashover
Transitórios eletromagnéticos
EMT/ATP
Desempenho de linhas de transmissão
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::TRANSMISSAO DA ENERGIA ELETRICA, DISTRIBUICAO DA ENERGIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) 
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44103
Data do documento: 10-Nov-2025
Aparece nas coleções:Dissertação (PPGEE)

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