Determinação probabilística da resposta dinâmica de linhas de transmissão submetidas à ação de tormentas elétricas estacionárias e não estacionárias

Abstract

Inúmeras falhas de Linhas de Transmissão (LTs) são usualmente associadas à ocorrência de Tormentas Elétricas (TS). Isso é justificado, pois a natureza localizada deste tipo de evento meteorológico pode torná-la particularmente prejudicial a estruturas de grandes dimensões, como no caso de LTs. Todavia, estes ventos de alta intensidade de natureza convectiva foram somente identificados corretamente há apenas algumas décadas, tornando então possível o estudo dos seus efeitos na engenharia estrutural. Neste contexto, este trabalho objetiva abordar, de forma probabilística, a resposta dinâmica não linear geométrica de um trecho de LT submetido a carregamentos oriundos de tormentas elétricas combinadas com ventos sinóticos (simplificadamente considerados sem turbulência), por essa ser a combinação meteorológica mais severa para fins de projeto estrutural. O modelo descrito por Ponte (2005) e Ponte & Riera (2007) e posteriormente adaptado por Miguel & Riera (2013), Gheno (2014) e Gheno et al. (2015) foi adotado neste trabalho para a geração dos campos de velocidades do vento, por ser baseado em variáveis meteorológicas, que são suscetíveis à avaliação estatística. Por meio de simulação de Monte Carlo, para um período de 50 anos, os esforços axiais máximos anuais (tração e compressão) foram determinados para alguns elementos da LT (cabos e barras da torre), permitindo a construção de histogramas e, assim, o ajuste de distribuições de probabilidade de Gumbel. Esses valores foram comparados às solicitações impostas por uma tormenta EPS (extended pressure systems) com velocidade a 10 m de altura, sobre 3 s, correspondente ao valor de 50 anos calculado para a TS e outra com 80% da sua intensidade. Verificou-se que, para a LT estudada, os esforços axiais causados pela ação de tormentas EPS nos montantes excedem em média 45% os esforços associados aos eventos TS. Para a EPS com 80% da intensidade, os esforços nos montantes excederam em média 12%.

Abstract: Numerous Transmission Line failures (TL) are usually associated with the occurrence of Thunderstorms (TS). This is justified because the localized nature of this type of meteorological event can make it particularly damaging to large structures, as in the case of TL. However, these convective high-intensity winds were correctly identified only a few decades ago, making it possible to study their effects on structural engineering. In this context, this work aims to approach, in a probabilistic way, the dynamic nonlinear response of a TL segment subjected to Thunderstorms combined with synoptic winds (simplified considered without turbulence) because this is the most severe meteorological combination for purposes of structural design. The model described by Ponte (2005) and Ponte & Riera (2007) and later adapted by Miguel & Riera (2013), Gheno (2014) and Gheno et al. (2015) was adopted in this work to generate wind velocity fields, because it is based on meteorological variables, which are susceptible to statistical evaluation. By Monte Carlo simulation for a period of 50 years, the maximum annual axial stresses (traction and compression) were determined for some elements of the TL (cables and tower bars), allowing the construction of histograms and, thus, the adjustment of probability distributions of Gumbel. These values were compared to the demands imposed by an EPS (extended pressure systems) with velocity at 10 m height, over 3 s, corresponding to the 50-year value calculated for TS and another with 80% of its intensity. It was verified that, for the TL studied, the axial stresses caused by the action of EPS storms in the uprights exceed on average 45% the stresses associated with the TS events. For EPS with 80% of the intensity, the stresses on the amounts exceeded on average 12%.