Análise de um novo fator geométrico para medição de resistividade do solo

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Arthur Francisco Andrade
Edson Guedes da Costa
George Rossany Soares de Lira
Matheus Cavalcante Rique

Resumen

O aterramento elétrico é parte fundamental das instalações elétricas e do sistema elétrico como um todo. De modo a assegurar o bom desempenho do aterramento, ele deve ser adequadamente projetado e, para isso, uma etapa fundamental é a medição de resistividade e estratificação do solo. Nesse sentido, este artigo compara diferentes procedimentos para modelagem do solo a partir de medições com o método a quatro eletrodos. São comparados o método convencional de Wenner e um novo método, que utiliza um novo fator geométrico de modo a estimar com maior exatidão a resistividade do solo para o caso de pequenos espaçamentos. Para a comparação, o método dos elementos finitos é aplicado para a elaboração de estudos de caso. Inicialmente, o desempenho de ambos os métodos é comparado para a estratificação de um solo de duas camadas. Em seguida, são analisadas as diferenças que os métodos de modelagem do solo exercem sobre a resistência de aterramento calculada para o caso de eletrodos simples, dos tipos haste vertical e cabo horizontal. Constata-se que o método proposto fornece resultados mais precisos, permitindo modelar com maior exatidão a resistividade da camada superficial do solo. O método convencional de Wenner, se aplicado com espaçamentos menores que 1,0 m, resultou em maiores que 20% para alguns dos casos analisados. Com o fator geométrico proposto, o erro máximo foi de 2,0%.

Detalles del artículo

Cómo citar
Andrade, A. F. ., Guedes da Costa, E. ., Soares de Lira, G. R. ., & Cavalcante Rique, M. . (2021). Análise de um novo fator geométrico para medição de resistividade do solo. Revista Tecnología En Marcha, 34(7), Pág 171–181. https://doi.org/10.18845/tm.v34i7.6039
Sección
Artículo científico

Citas

IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, IEEE Standard 80. 4 ed. New York: IEEE, 2015. 226 p.

IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System. IEEE Standard 81. New York: IEEE, 2012. 86 p.

F. Wenner, “A method of measuring earth resistivity,”. National Bureau of Standards, Scientific Bulletin, 12, p. 478–496, 1915. Disponível em: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/bulletin/12/nbsbulletinv12n4p469_A2b.pdf. Acesso em: 01 jul. 2018.

K. Sheshyekani, M. Akbari, B. Tabei, e R. Kazemi, “Wideband Modeling of Large Grounding Systems to Interface With Electromagnetic Transient Solvers”, IEEE Trans. Power Del., vol. 29, nº 4. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), p. 1868–1876, ago. 2014. doi: 10.1109/tpwrd.2014.2310631.

L. D. Grcev, A. Kuhar, V. Arnautovski-Toseva, e B. Markovski, “Evaluation of High-Frequency Circuit Models for Horizontal and Vertical Grounding Electrodes IEEE Trans. Power Del., vol. 33, nº 6. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), p. 3065–3074, dez. 2018. doi: 10.1109/tpwrd.2018.2840960.

J. G. Safar, R. Shariatinasab, e J. He, “Comprehensive Modeling of Grounding Electrodes Buried in Ionized Soil Based on MoM-HBM Approach”, IEEE Trans. Power Del., vol. 35, nº 3. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), p. 1390–1398, jun. 2020. doi: 10.1109/tpwrd.2019.2943909.

M. Nazari, R. Moini, S. Fortin, F. P. Dawalibi, e F. Rachidi, “Impact of Frequency-Dependent Soil Models on Grounding System Performance for Direct and Indirect Lightning Strikes”, IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 63, nº 1. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), p. 134–144, fev. 2021. doi: 10.1109/ temc.2020.2986646.

J. Li, T. Yuan, Q. Yang, W. Sima, C. Sun, e M. Zahn, “Numerical and Experimental Investigation of Grounding Electrode Impulse-Current Dispersal Regularity Considering the Transient Ionization Phenomenon”, IEEE Trans. Power Del., vol. 26, nº 4. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), p. 2647–2658, out. 2011. doi: 10.1109/tpwrd.2011.2158860.

R. M. S. de Oliveira, D. M. Fujiyoshi, R. C. F. Araújo, J. A. S. do Nascimento, e L. F. P. Carvalho, “Finitedifference modeling of dispersive soils validated via experimental evaluation of transient grounding signals”, J. Electrostat., vol. 87. Elsevier BV, p. 263–275, jun. 2017. doi: 10.1016/j.elstat.2017.06.001.

L. Qi, X. Cui, Z. Zhao, e H. Li, “Grounding Performance Analysis of the Substation Grounding Grids by Finite Element Method in Frequency Domain”, IEEE Trans. Magn., vol. 43, nº 4. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), p. 1181–1184, abr. 2007. doi: 10.1109/tmag.2007.892283.

M. Akbari, K. Sheshyekani, e M. R. Alemi, “The Effect of Frequency Dependence of Soil Electrical Parameters on the Lightning Performance of Grounding Systems”, IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 55, nº 4. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), p. 739–746, ago. 2013. doi: 10.1109/temc.2012.2222416.

J. Trifunovic e M. Kostic, “Quick calculation of the grounding resistance of a typical 110kV transmission line tower grounding system”, Electr. Power Syst. Res., vol. 131. Elsevier BV, p. 178–186, fev. 2016. doi: 10.1016/j. epsr.2015.10.014.

B. Salarieh, H. M. J. De Silva, e B. Kordi, “Electromagnetic transient modeling of grounding electrodes buried in frequency dependent soil with variable water content”, Electr. Power Syst. Res., vol. 189. Elsevier BV, p. 106595, dez. 2020. doi: 10.1016/j.epsr.2020.106595.

S. L. Butler e G. Sinha, “Forward modeling of applied geophysics methods using Comsol and comparison with analytical and laboratory analog models”, Comput. Geosci., vol. 42. Elsevier BV, p. 168–176, maio 2012. doi: 10.1016/j.cageo.2011.08.022.

S. L. Butler e Z. Zhang, “Forward modeling of geophysical electromagnetic methods using Comsol”, Comput. Geosci., vol. 87. Elsevier BV, p. 1–10, fev. 2016. doi: 10.1016/j.cageo.2015.11.004.

M. S. Zhdanov, Foundations of Geophysical Electromagnetic Theory and Methods. Cambridge, MA: Elsevier, 2017. 770 p. IBSN: 978-0-444-63890-8.

E. Faleiro, G. Asensio, e J. Moreno, “Improved measurements of the apparent resistivity for small depths in Vertical Electrical Soundings”, J. Appl. Geophy., vol. 131. Elsevier BV, p. 117–122, ago. 2016. doi: 10.1016/j. jappgeo.2016.05.016.

A. F. Andrade, E. G. da Costa, e G. R. S. Lira, “Methods for field measurement of electrical parameters of soil as functions of frequency”, Electr. Power Syst. Res., vol. 199. Elsevier BV, p. 107447, out. 2021. doi: 10.1016/j. epsr.2021.107447.

O. C. Zienkiewicz, C. Emson, e P. Bettess, “A novel boundary infinite element”, Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 19, nº 3. Wiley, p. 393–404, mar. 1983. doi: 10.1002/nme.1620190307.