Avaliação dos limites de aplicação da teoria de linhas de transmissão para o cálculo de transitórios eletromagnéticos em cabos subterrâneos utilizando o FDTD

• Autor(a) principal: Naiara Figueiredo Duarte
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/51203; https://orcid.org/0000-0001-6965-7826
• topic: Cabos subterrâneos; Admitância do solo; Impedância do solo; Transitórios eletromagnéticos; Teoria de linhas de transmissão; Engenharia elétrica; Linhas de telecomunicação; Impedância (Eletricidade)

Esta tese avalia a validade da teoria de linhas de transmissão para o cálculo de transitórios eletromagnéticos em sistemas de cabos subterrâneos. Por meio de uma metodologia rigorosa baseada na solução das equações de Maxwell em três dimensões utilizando o método de diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD - Finite Difference Time-Domain method), investiga-se a validade de formulações desenvolvidas a partir da teoria de linhas de transmissão para o cálculo da impedância e da admitância associadas ao retorno pelo solo. Demonstra-se que a teoria de linhas de transmissão pode ser utilizada para simular transitórios eletromagnéticos em cabos subterrâneos mesmo que estes possuam comprimentos inferiores a 100 m e estejam imersos em solos de resistividade de até 1000 Ωm, situação na qual a validade dessa abordagem seria, em princípio, questionável. Os erros verificados com o emprego da teoria de linhas de transmissão são compatíveis com aplicações de engenharia, mas esta tem a vantagem de apresentar maior eficiência computacional e de ser de mais fácil implementação do que a estratégia de solução via FDTD. É demonstrada a importância da admitância do solo para a simulação de transitórios eletromagnéticos em cabos subterrâneos, especialmente para solos de alta resistividade e cabos de curta extensão. Além disso, confirma-se que a expressão proposta por Pollaczek, tradicionalmente utilizada em programas de cálculo de transitórios eletromagnéticos, não é suficientemente rigorosa para caracterizar os parâmetros de retorno pelo solo para sistemas de cabos subterrâneos multifásicos. Finalmente, é proposta uma fórmula aproximada para o cálculo da admitância do solo de sistemas de cabos subterrâneos que evita o cálculo das integrais impróprias presentes em expressões mais rigorosas disponíveis na literatura. Uma gama de análises é realizada com o intuito de avaliar e validar essa aproximação. Ao final, demonstra-se que a aproximação proposta, a despeito da sua simplicidade, leva a resultados compatíveis com aqueles obtidos por meio de formulações mais completas para cálculo de transitórios em cabos subterrâneos utilizando a teoria de linhas de transmissão e o método FDTD, porém de forma mais eficaz e sem perda significativa de exatidão.