Análise de malhas de aterramento através de simulação numérica

Abstract

Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho de uma malha de aterramento de acordo com sua resistência. O aterramento está atrelado a dois fatores fundamentais: o desempenho do sistema ao qual o aterramento está conectado, e a questões de segurança para seres vivos e proteção de equipamentos. Para isso, o sistema de aterramento deve possuir uma capacidade de condução elevada, uma configuração que possibilite o controle do gradiente de potencial elétrico e um baixo valor de impedância ou resistência de aterramento. Algumas aplicações necessitam que a resistência de aterramento possua um valor muito reduzido, como é o caso da utilização em sistemas de proteção contra descargas atmosféricas, em subestações de energia. Nesta última aplicação, o estudo e análise da malha de aterramento é uma etapa fundamental para o desempenho do sistema. Uma malha eficiente não é apenas responsável por viabilizar um caminho com baixa impedância para a proteção do sistema elétrico em casos de surto, mas também garantir que as tensões de toque e de passo estejam dentro de limites estabelecidos por norma. Nesse contexto, uma boa forma de analisar a resistência de aterramento é através da modelagem numérica. Neste trabalho, com o auxílio do software de simulação ANSYS Maxwell 3D, é determinada a resistência de um sistema de aterramento através do método de elementos finitos (MEF). Os resultados obtidos através das simulações são comparados a métodos analíticos e ao método da modelagem por linhas de transmissão (TLM).

This work aims to analyze the performance of a ground mesh according to its resistance. Grounding is related to two fundamental factors: the performance of the system to which the grounding is connected, and safety issues for living beings and equipment protection. In order to ensure its quality, the grounding system must have a high conduction capacity, a configuration that allows the control of the electrical potential gradient and a low impedance ground resistance value. Some applications require that the ground resistance be very low, as is the case for use in lightning protection systems, and in power substations. In this last application, the study and analysis of the ground mesh is a fundamental step for the performance of the system. An efficient mesh is not only responsible for enabling a path with low impedance to protect the electrical system in outbreak cases, but also to ensure that the touch and step voltages are within set limits. In this context, a good way of analyzing ground resistance is through numerical modeling. In this work, the resistance of a grounding system is determined by the finite element method (FEM) with the aid of a simulation software. The results obtained through simulations are compared to the analytical methods and the transmission line method (TLM).