https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44131| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Análise das sobretensões decorrentes de descargas atmosféricas em estruturas de turbinas eólicas offshore com fundação do tipo monopile |
| Título(s) alternativo(s): | Overvoltage analysis due to lightning discharges in offshore wind turbine structures with monopile-type foundations |
| Autor(es): | Souza, Fellipe Meira Souza e |
| Primeiro Orientador: | Moreira, Fernando Augusto |
| Segundo Orientador: | Sanca Sanca, Huilman |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Moreira, Fernando Augusto |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Sanca Sanca, Huilman |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Ferreira, Tarso Vilela |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Costa, Fabiano Fragoso |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Silva, Kleber Freire da |
| Resumo: | Neste trabalho, apresenta-se um modelo eletromagnético detalhado de turbinas eólicas offshore cuja fundação monopile atua como sistema de aterramento, a fim de avaliar as sobretensões transitórias decorrentes de descargas atmosféricas diretas (ascendentes e descendentes), com base em dados reais do Morro do Cachimbo e do Monte San Salvatore. A proteção de turbinas eólicas offshore contra descargas atmosféricas constitui um grande desafio técnico para garantir a operação segura e contínua em ambientes marinhos. Devido à sua altura e isolamento, essas estruturas são altamente vulneráveis a severas sobretensões transitórias. O modelo desenvolvido é constituído por (i) uma representação multi-componente da corrente de retorno usando funções de Heidler, ajustadas a partir de correntes de descarga medidas, (ii) uma modelagem das pás e da torre por segmentos de linha de transmissão distribuída, cujos parâmetros elétricos variam conforme a geometria real da estrutura, e (iii) uma impedância de aterramento da fundação monopile, calculada por meio de equações clássicas e posteriormente ajustada via Vector Fitting, sendo então representada por uma rede equivalente de elementos concentrados no ATP/ATPDraw. A Elevação de Potencial do Solo (GPR, Ground Potential Rise), as sobretensões estruturais e a sensibilidade à resistividade da água do mar e a modelagem do canal de descarga são avaliadas sistematicamente. Os principais resultados mostram: (a) forte dependência do GPR em relação à resistividade da água do mar e à representação do canal de descarga; (b) estresse dielétrico elevado nas pás de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) sob cenários típicos de descargas atmosféricas; e (c) alterações significativas da forma de onda quando os componentes aéreos são incluídos. A abordagem de modelagem proposta contribui de forma significativa para o aprimoramento do projeto de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em parques eólicos offshore. |
| Abstract: | This work presents a detailed electromagnetic model of offshore wind turbines whose monopile foundation acts as the grounding system, aiming to evaluate transient overvoltages resulting from direct lightning strikes (upward and downward), based on real data from Morro do Cachimbo and Monte San Salvatore. Protecting offshore wind turbines against lightning strikes is a major technical challenge to ensure safe and continuous operation in marine environments. Due to their height and isolation, such structures are highly vulnerable to severe transient overvoltages. The developed model consists of (i) a multicomponent representation of the return stroke current using Heidler functions fitted to measured lightning currents, (ii) a modeling of blades and tower through distributed transmission-line segments whose electrical parameters vary according to the actual geometry of the structure, and (iii) a grounding impedance of the monopile foundation calculated using classical equations and subsequently fitted via Vector Fitting, and then represented by an equivalent lumped-element network in ATP/ATPDraw. The Ground Potential Rise (GPR), structural overvoltages, and the sensitivity to seawater resistivity and lightning-channel modeling are systematically assessed. The main results show: (a) strong dependence of the GPR on seawater resistivity and the representation of the lightning channel; (b) high dielectric stress on glass-fiber-reinforced polymer (GFRP) blades under typical lightning scenarios; and (c) significant waveform changes when overhead components are included. The proposed modeling approach provides meaningful contributions toward improving the design of more effective lightning-protection systems in offshore wind farms. |
| Palavras-chave: | Descargas atmosféricas Turbinas eólicas offshore Sobretensões transitórias Fundação monopile |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::MEDICAO, CONTROLE, CORRECAO E PROTECAO DE SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA |
| 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/44131 |
| Data do documento: | 19-Dez-2025 |
| Aparece nas coleções: | Dissertação (PPGEE) |
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Dissertacao-Mestrado-Fellipe-Meira-Souza-e-Souza.pdf | Dissertação de Mestrado - Fellipe Souza | 15,57 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.