Metodologia TLM-3D para análise impulsiva em sistemas de aterramento : modelagem considerando meios não homogêneos e ionização do solo

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para a modelagem de aterramento impulsivo e em altas frequências. Sob o foco da análise transiente, o es tudo propõe a concepção de um modelo numérico baseado no método da Modelagem por Linhas de Transmissão (TLM) na sua abordagem tridimensional, do inglês Transmis sion Line Modeling (TLM-3D). Tal método mostra-se adequado para estudos transitórios em sistemas de aterramento submetidos a descargas atmosféricas pois pode ser aplicado para aproximar a solução das equações de Maxwell, viabilizando também a inclusão de características e fenômenos reais relacionados a este tipo de problema. A presente tese estabelece a sua principal contribuição na proposição de uma metodologia, baseada no método TLM-3D, considerando de forma integrada a modelagem de meios heterogêneos e de efeitos não lineares provenientes da ionização do solo. No melhor conhecimento do autor, incluir tais características unificadas em um modelo TLM na sua implementação tridimensional é inédito, salientando a relevância do trabalho proposto. Com base em comparações junto ao estado da arte, e sobretudo, com resultados procedentes de medi ções experimentais, o modelo computacional concebido foi posto à prova, apresentado boa exatidão.

This work presents a methodology for modeling impulsive grounding systems at high frequencies. Under the focus of a transient analysis, the study proposes the conception of a numerical model. This is based on a method already established in the literature, capable of solving electromagnetic wave propagation problems: the Transmission Line Modeling (TLM) in its three-dimensional implementation (TLM-3D). The method is suitable for transient studies on grounding systems subjected to lightning. The approach is a con venient solution, allowing the inclusion of real characteristics and phenomena related to this kind of problem. The modeling of non-homogeneous media and nonlinearities can be faithfully represented in a TLM-3D algorithm. In this context, the thesis establishes its main contribution in proposing a methodology, supported by TLM-3D, integrating the numerical modeling of heterogeneous and non-linear effects arising from soil ionization. In the best knowledge of the author, the inclusion of such unified features in a three dimensional TLM procedure is unprecedented, highlighting the relevance of the proposed work. Based on comparisons with the state-of-the-art, and manly, with results from ex perimental measurements, the conceived computational model was validated, presenting good accuracy.