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Title in Portuguese: Aplicação do método dos elementos finitos como auxílio ao projeto e ao comissionamento de sistemas de aterramento elétrico
Title: Application of the finite element method as assistance to the project and commissioning of electrical grounding systems
Author: Coelho, Rooney Ribeiro Albuquerque
Advisor(s): Pontes, Ricardo Silva Thé
Keywords: Engenharia elétrica
Correntes elétricas - Aterramento
Método dos elementos finitos
Issue Date: 2015
Citation: COELHO, R. R. A. Aplicação do método dos elementos finitos como auxílio ao projeto e ao comissionamento de sistemas de aterramento elétrico. 2015. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: Este trabalho tem como objetivo principal, aplicar o método dos elementos finitos (FEM), modelados em problemas de condução de corrente de curto-circuito à frequência industrial, calculando a resistência de aterramento e verificando se um determinado projeto está dentro das especificações de segurança. São utilizadas técnicas de otimização para a modelagem do solo e aplicado o FEM como forma de auxílio ao comissionamento de subestações, simulando o método da queda de potencial e ensaios de potenciais de passo e de toque. É apresentado o modelo ótimo do solo, encontrado através da minimização do erro entre a curva de resistividade aparente extraída de medições de resistividade elétrica do solo através do método de Wenner e uma curva de resistividade aparente teórica para um modelo de “N” camadas horizontais. O referido modelo utiliza o algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO), uma metaheurística de otimização bastante consolidada e que apresenta uma excelente performance quando aplicada à resolução deste problema. Foram realizadas diversas estratificações do solo utilizando técnicas de otimização. Quanto ao resultado de estudos de caso foram utilizados métodos gráficos extraídos da literatura e confrontados com este método. O modelo de problemas de aterramento utilizando o FEM foi apresentado como solução alternativa ao projeto utilizando a norma IEEE Std 80, sendo possível determinar a distribuição espacial do potencial elétrico em todos os pontos do solo, que foi modelado como heterogêneo, conhecendo-se assim as regiões do projeto que possuem os maiores níveis de potenciais de passo e de toque. O FEM também foi aplicado na determinação da localização exata da sonda de potencial no ensaio de medição de resistência de aterramento, sendo validado através de ensaios de campo e através de resultados extraídos da literatura. O referido método também foi aplicado na determinação dos níveis de potencias de passo e de toque existentes em uma subestação, sendo os ensaios simulados e comprovados através de experimentos de campo
Abstract: The main aim of this work is to apply the finite element method (FEM), modeled in short circuit current conduction problems at industrial frequency, calculating grounding resistance and verifying whether a particular project is within the safety specifications. The work optimization techniques for soil modeling are used and the FEM is applied as a way to aid substation commissioning, simulating the Fall of Potential method (FOP) as well as step and touch potential experimenting. The research presents the optimal model of soil found by the minimization of the error between the apparent resistivity curve extracted from electrical soil resistivity measurements. The method of Wenner and a theoretical curve of apparent resistivity for a model of "N" horizontal layers is used as well as the algorithm Particle Swarm Optimization (PSO); a fairly consolidated optimization, a metaheuristic, which recorded an excellent performance when applied to a solution of this problem. Various soil stratification were performed using optimization techniques, and the results of case studies that use graph method, extracted from literature were confronted with this method. The model of grounding problems using the FEM was presented as an alternative solution to the project using the IEEE Std 80, being possible to determine the spatial distribution of the electric potential at all points of the soil, which was modeled as heterogeneous, so getting to know the regions of the project which have the highest potential levels of step and touch. The FEM was also applied to determine the exact location of potential probe in the ground resistance measurement test which was validated through field experiments and through results extracted from literature. The method was also applied to the determination of the potential levels of step and touch existing in a substation, being the testing simulated and proven through field experiments
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/12858
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DEEL - Dissertações defendidas na UFC

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