Análise dinâmica de um segmento de linha de transmissão de energia submetido a ventos combinados do tipo EPS e TS

Abstract

As forças devidas ao vento são uma das mais importantes em projeto de linha de transmissão (LT) e são normalmente consideradas através das indicações normativas de cada país na forma de métodos estáticos equivalentes. No Brasil, as recomendações de projeto englobam apenas os ventos sinóticos, EPS (Extended Pressure Systems). Já os ventos localizados de alta intensidade atribuídos as correntes descendentes de tormentas elétricas (TS) não foram até então considerados, ainda que há evidências de que esses escoamentos possam ter contribuído, ou ter sido a causa, para algumas ruínas de torres de linhas de transmissão. Neste contexto, este trabalho analisa a resposta dinâmica de um sistema de linha de transmissão formado por três torres autoportantes submetido aos carregamentos oriundos de uma tormenta elétrica (TS) combinada com um vento de fundo sinótico, EPS. O modelo da TS se baseia em uma representação semiempírica de um escoamento axissimétrico, modulado em função do tempo por uma função que considera a característica transiente do fenômeno (RIERA, 2016) e foi tratado neste trabalho através de parâmetros determinísticos. A resposta estrutural é obtida através do método explícito das diferenças finitas centrais. Comparam-se os resultados das análises dinâmicas com a resposta do sistema sujeito ao carregamento estático equivalente com base nas recomendações da IEC 60826 (2003). Em suma, as análises apresentaram que, com base nas considerações deste trabalho, a resposta obtida para a simulação de uma tormenta TS carregada por vento de fundo superou a resposta obtida pelo método estático equivalente para ventos sinóticos da IEC 60826 para a maioria dos elementos analisados. Das análises gráficas das velocidades, deslocamentos e esforços no tempo foram possíveis observar a característica localizada, a natureza estacionária da resposta precedente à percepção da TS no início da expansão da tormenta, e a natureza transiente do fenômeno. Contudo, os resultados obtidos são inerentes ao tipo de LT, ao modelo de tormenta, às considerações adotadas ao longo do estudo, principalmente, em relação às velocidades utilizadas na abordagem estática equivalente e na hipótese do carregamento dinâmico, aos parâmetros da tormenta TS, à posição relativa da tormenta à linha de transmissão e também ao ângulo de incidência da velocidade média do vento de fundo.

The forces due to the wind are one of the most important in transmission line (TL) design and they are normally accounted by the country’s design codes through by equivalent static methods. In Brazil, the code recommendations cover only synoptic winds, EPS (Extended Pressure Systems). The high intensity localized winds due to the downward flows originated from thunderstorms (TS) were not considered until now, although there are evidence that these winds may have contributed or may have been the cause of some ruins of transmission line towers in the country. In this context, this work analyses the dynamic response of a transmission line system formed by three self-supporting towers subjected to the effect of a combined velocity field of EPS and TS storms. The TS model is based on a semi-empirical representation of an axisymmetric flow, modeled as a function of time by an equation that considers the transient characteristic of the TS phenomenon (RIERA, 2016) and it was treated in this work by deterministic parameters. Finite central differences explicit method was adopted for solution of movement equation. The results from the dynamic analysis are compared with those of the system subjected to equivalent static loading method based on the internationally known standard, IEC 60826 (2003). The analysis showed that, based on the considerations of this work, the response obtained for the simulation of a downburst flow carried by an EPS background wind resulted in a higher response than that obtained the equivalent static method for synoptic winds from IEC 60826 (2003). The results showed the localized nature of the phenomenon, the stationary response preceding the perception of the TS storm at the beginning of the storm’s expansion, and the transient nature of the phenomenon. However, such results are inherent to the type of TL model, to the TS storm model, and to the considerations adopted throughout the study, mainly regarding the velocity assumed for the static method and the dynamic wind field hypothesis, the parameters of the TS storm, the relative position of the storm trajectory and the transmission line, and also the angle of incidence of the background mean wind.