Simulação do comportamento dinâmico de torres de linhas de transmissão sob ação de ventos originados de Downburst

Abstract

Na sociedade atual as estruturas de linhas de transmissão são consideradas componentes essenciais do sistema de infraestrutura urbana. Sua função é a de transmitir a eletricidade gerada nas fontes de produção até o consumidor através de uma rede de distribuição. Este tipo de estruturas por sua extensão, exposição e variações topográficas, se mostram vulneráveis ao carregamento dinâmico de ventos originados a partir tormentas elétricas, tais como downbursts e tornados. No Brasil tem-se observado nos últimos tempos um aumento de acidentes neste tipo de estrutura, principalmente devido à incidência de fortes ventos. No presente trabalho estuda-se o comportamento dinâmico de um trecho de linha de transmissão da empresa Eletrobrás FURNAS quando submetido à ação de ventos provenientes de downburst. Na pesquisa foram identificados os principais modelos analíticos disponíveis na literatura que oferecem o campo de velocidades horizontais e verticais médias e a componente flutuante. Com base e alguns dos modelos identificados na revisão bibliográfica, implementou-se um programa computacional capaz de simular todas as componentes do campo de velocidades de um downburst em movimento. A partir do programa implementado foi realizado um estudo paramétrico onde identificou-se a combinação de variáveis do evento que provoca a maior energia cinética armazenada. Finalmente é apresentada uma revisão estrutural dos montantes da torre central da linha modelada, através da análise da relação demanda/capacidade na altura da coluna. Dos resultados obtidos, pode-se concluir que a combinação de variáveis que provoca os resultados de forças internas mais críticos varia em relação a cada componente da linha considerado. O estudo de sensibilidade das variáveis envolvidas nos modelos implementados revelou que existe um incremento monotônico crescente da energia cinética armazenada com o aumento dos parâmetros 𝒓𝒑 e 𝑻𝒕 para a maioria dos casos, exceto quando 𝑻𝒎=500 𝑠. Da flutuação e sua influência no comportamento dinâmico na linha analisada, conclui-se que a consideração das flutuações na resposta dinâmica dos cabos condutores e para-raios pode ser desprezada, fato que foi comprovado através dos valores obtidos na inclinação das linhas de tendência realizadas.

Transmission Lines (TL) are considered one of the essential components of the urban infrastructure. Their role is to transmit electricity from sources of production to the distribution system and then to consumers. This type of structure for its length, exposure and topographical variations, show themselves vulnerable to dynamic loading winds originated from electrical storms such as tornadoes and downbursts. In Brazil, it has been observed recently, an increase in the accidents of this type of structure, primarily due to incidence of strong winds. In the present research, is analyzed the dynamic behavior of a transmission line system of Eletrobras Furnas Company when subjected to downburst. In the investigation, the main analytical models available in the literature that offer the wind field of horizontal and vertical speeds and the fluctuating component were identified. Based on some of the models identified in the literature review, was implemented a computer program capable of simulating all components of the velocity of a moving downburst. Based on the implemented program was conducted a parametric study in order to identify the combination of variables that causes the greatest kinetic stored energy. Finally is presented a structural review of the columns of the central tower of the system, by examining the demand/capacity relationship. Regarding to the parametric study, it was found that the combination of variables which causes the most critical internal forces varies for each component of the line considered. The sensibility study of the variables involved the models used in this study revealed that there is a growing monotonic increase in the stored energy with the accretion of 𝑟𝑚 and 𝑡1.parameters for most of the cases, except when 𝑡0=500 𝑠. Analyses conducted using the fluctuations in the mean wind field reveal that the resonant response of the conductor and ground wire cables can be neglected, a fact that was confirmed by the values obtained from the slope of the trend lines held.