Avaliação probabilística baseada em desempenho de um trecho de LT submetido à excitação sísmica

Abstract

As torres de linhas de transmissão (TLTs) fazem parte das linhas áreas de transmissão de energia (LTs), sendo responsáveis pela suspensão dos cabos condutores e para-raios, a fim de obedecer a critérios normativos de segurança quanto às suas distâncias elétricas mínimas. As TLTs típicas não são projetadas para excitações sísmicas, com base na suposição de que seu estado limite último seja governado por ações climáticas (vento e gelo). No entanto, não é incomum que os relatórios de inspeção de linha indiquem a observação de danos estruturais moderados a graves após movimentos intensos do solo, o que pode reduzir a capacidade dos elementos da torre. Nos últimos cinquenta anos, pesquisadores no oriente e ocidente têm realizado análises sobre o sistema de LTs e suas falhas em terremotos anteriores despertaram a preocupação sobre sua vulnerabilidade sísmica. Neste trabalho, a análise dinâmica por sismo foi abordada através de modelo mecânico não-linear para um trecho de LT, o qual normalmente é dominado pelo efeito do vento. Tendo em vista o carácter real do problema, foi adotado um modelo de LT projetado originalmente para uma pressão de vento de 409 Pa em condições da região norte do Chile onde não há formação de gelo. A fim de gerar funções de fragilidade ao modelo, para avaliar a probabilidade de colapso, foram adotados métodos de análise para coletar dados através de diversas simulações em intensidades e condições distintas de sismo. Foram consideradas normas internacionais de projeto envolvendo sismo assim como o desempenho sísmico de um modelo de trecho de linha de transmissão típica de 230 kV , considerando movimentos do solo artificiais e reais com base em dados da sismicidade chilena.

Abstract: The transmission line towers (TLTs) are part of the power transmission lines (TLs), being responsible for the suspension of conductor cables and lightning rods in order to comply with normative safety criteria regarding their minimum electrical distances. Typical TLTs are not designed for seismic excitations, based on the assumption that their ultimate limit state is governed by climatic actions (wind and ice). However, it is not uncommon for line inspection reports to indicate moderate to severe structural damage has been observed after heavy ground movements, which can reduce the capacity of tower elements. Over the past fifty years, researchers in the East and West have carried out analyzes of the TL system and its failures in previous earthquakes have raised concerns about its seismic vulnerability. In this work, the dynamic analysis by earthquake was approached through a non-linear mechanical model for a stretch of TL, which is normally dominated by the wind effect. In view of the real nature of the problem, an TL model was adopted, originally designed for a wind pressure of 409 Pa in conditions in the northern region of Chile where there is no ice formation. In order to generate fragility functions to the model to evaluate the probability of collapse, analysis methods were adopted to collect data through several simulations in different earthquake intensities and conditions. International design standards involving earthquakes were considered as well as the seismic performance of a typical 230 kV transmission line stretch model, considering artificial and real ground movements based on Chilean seismicity data.