As Tensões Induzidas por Descargas Atmosféricas

Estimação da Forma de Onda de Tensões Induzidas por Descargas Atmosféricas

I. INTRODUÇÃO

LINHAS aéreas de energia sofrem direta ou indiretamente distúrbios provocados pelas descargas atmosféricas. Em poucas palavras, é possível definir a descarga atmosférica como um fenômeno transitório, que ocorre na atmosfera com origem na nuvem de tempestade e que se expressa, em seu estágio final, através do fluxo de uma onda de corrente impulsiva com alta intensidade em um curto intervalo de tempo através de um percurso constituído pelo canal de descarga.

Segundo [1], um dos efeitos mais relevantes das descargas atmosféricas consiste nas tensões induzidas pela corrente que flui pelo canal ionizado constituído entre nuvem e solo durante o estabelecimento da descarga. Tal corrente estabelece um campo eletromagnético intenso nas proximidades do canal, que se propaga a partir dali. Ao incidir sobre linhas próximas (iluminá-las), o campo estabelece uma onda de tensão entre a linha e o solo, como mostra a Figura 1. O que se designa “Tensão Induzida” é justamente a integral do campo elétrico gerado pela descarga entre o solo e a linha imediatamente acima. Dessa forma, a tensão induzida na linha é obtida integrando o campo elétrico vertical total a partir de 0 (solo) até h (altura do condutor). O fenômeno tensão induzida é complexo e muitos fatores influenciam em sua intensidade e sua forma. Neste trabalho foram reunidas equações apresentadas na literatura sobre o assunto que modelem estatisticamente não só os parâmetros de descargas atmosféricas, como a taxa máxima de crescimento e a amplitude da corrente de retorno, como também a probabilidade de atingirem a linha ou de haver efeito indireto. Com o conhecimento reunido foi criada uma ferramenta computacional e com ela foram feitas simulações para estimar a forma de onda das tensões induzidas por descargas atmosféricas.

II. METODOLOGIA

O procedimento usado para estimar a forma de onda das tensões induzidas por descargas atmosféricas em linhas aéreas é baseado no método de Monte Carlo. Por uma questão de clareza, os modelos utilizados no procedimento proposto são descritos a seguir:

A. Modelo de Rusck

Em sua tese de doutorado, publicada em 1957, Sune Rusck apresentou uma metodologia para cálculo de tensões induzidas [2] por descargas atmosféricas em linhas aéreas.

Partindo-se de considerações feitas para a modelagem da descarga atmosférica, Rusck obteve expressões para os campos eletromagnéticos associados ao fenômeno. Conhecidos os campos, determinou um modelo de interação dos mesmos com o condutor localizado nas proximidades do ponto de incidência da descarga no solo, e obteve uma expressão analítica para a tensão induzida. Dentre as considerações feitas por Rusck para o estabelecimento de sua teoria, é importante ressaltar que a corrente de retorno é considerada em forma de degrau, a incidência da descarga se dá de forma perpendicular ao solo, o solo é considerado como sendo um condutor perfeito (resistividade nula), e a linha é considerada como sendo infinita e sem descontinuidades. A expressão obtida para o cálculo da tensão induzida em uma linha situada a uma altura qualquer nas proximidades