Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26116
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-8792-6054
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Uma contribuição à análise de sistemas de aterramento em meios horizontalmente estratificados
Alternate title (s): A contribution to the analysis of grounding systems in horizontally stratified media
Author: Coelho, Rooney R. R. A.
First Advisor: Coutinho Gomes, Luciano
First coorientator: Martins Neto, Luciano
First member of the Committee: Caixeta Guimarães, Geraldo
Second member of the Committee: Cardoso, José Roberto
Third member of the Committee: Carvalho, Daniel Pereira de
Fourth member of the Committee: Pontes, Ricardo Silva Thé
Summary: Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver um equacionamento para o cálculo do potencial elétrico em solos heterogêneos. O equacionamento desenvolvido é aplicado no estudo de sistemas de aterramento para problemas de condução de correntes de curto-circuito à frequência industrial. Inicialmente se propõe um modelo para sistemas de aterramento em solo homogêneo, calculando-se potencial elétrico, campo elétrico e resistência de aterramento, adota-se então a condição de equipotencialidade para os eletrodos e determina-se a distribuição de correntes no sistema. O modelo de solo homogêneo é utilizado como base de cálculo para o solo heterogêneo. Para o modelo proposto, aplicam-se as condições de contorno na interface entre materiais distintos e assume-se o potencial elétrico nulo a uma distância infinita da fonte. Para o cálculo da função potencial no solo heterogêneo é necessário a solução de uma integral envolvendo polinômios de Bessel. Para tal, duas soluções são propostas. A primeira solução proposta é feita para um ponto genérico e é baseada em uma fórmula de quadratura de integração para funções altamente oscilatórias envolvendo polinômios de Bessel. A segunda solução proposta é limitada a pontos na superfície do solo e é baseada na identidade de Lipschitz, onde expandem-se as funções características do solo heterogêneo em séries de Chebyshev para aplicação dessa identidade matemática. Todo o equacionamento desenvolvido é inicialmente feito para uma fonte pontual de corrente e em seguida é generalizado para uma trajetória linear no espaço tridimensional. A representação das coordenadas de cada condutor no espaço é feita propositalmente da mesma forma que nos aplicativos de desenho (CAD) disponíveis, assim permitindo a leitura de arquivos de CAD para a simulação de configurações de sistemas de aterramento genéricas. Os resultados de resistência e distribuição de potenciais na superfície para diversas configurações são comparados com valores de referência, experimentais, analíticos e numéricos, disponíveis na literatura.
Abstract: The main aim of this work is to develop an equation for the calculation of electric potential in heterogeneous soils. The proposed equation is applied in the study of grounding systems for short-circuit current conduction problems at industrial frequency. Initially, a model for grounding systems in homogeneous soil is proposed, calculating electric potential, electric field and grounding resistance. The equipotentiality condition for the electrodes is then adopted and the system current distribution is determined. The homogeneous soil model is used as the calculation basis for the heterogeneous soil. For the proposed heterogeneous soil model, it is applied the boundary conditions at the interface among different materials and the electric potential is assumed to be zero at an infinite distance from the source. As for the calculation of the potential function in the heterogeneous soil it is necessary the solution of an integral involving Bessel polynomials. For so, two solutions are proposed. The first one is made for a generic point and is rooted on an integration quadrature formula for highly oscillatory functions involving Bessel polynomials. The second solution proposed is limited to points located on the soil surface and is based on the Lipschitz identity, where the characteristic heterogeneous soil functions are expanded into Chebyshev series, for the application of such mathematical identity. All the equation developed is initially made for a point current source and then generalized for a linear trajectory in the three-dimensional space. The representation of the coordinates for each conductor in the space is purposely made the same way as in the drawing software (CAD) available, thus allowing the reading of CAD files for the simulation of generic grounding system configuration. The results of resistance and distribution of potentials on the surface for various configurations are compared with experimental, analytical and numerical reference values available in the literature.
Keywords: Aterramento Elétrico
Solo heterogêneo
Integração numérica
Funções de Bessel
Polinômios de Chebyshev
Simulação computacional
Electric grounding
Heterogeneous soil
Numerical integration
Bessel func-tions
Chebyshev polynomials
Computational simulation
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: COELHO, Rooney Ribeiro Albuquerque. Uma contribuição à análise de sistemas de aterramento em meios horizontalmente estratificados. 2019 Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG. 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2045
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2045
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26116
Date of defense: 14-Jun-2019
Appears in Collections:TESE - Engenharia Elétrica

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