Modelagem matemática de correntes na torre da estação Morro do Cachimbo (Brasil)

• Main Author: Dailton Gilberto Guedes
• Other Authors: Osmar Pinto Jr.
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2003
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/jeferson/2004/04.02.15.26

Esta tese tem por objetivo modelar curvas de corrente de descarga de retorno medidas na base da torre da estação do Morro do Cachimbo (Brasil), considerando a distribuição de fontes de corrente ao longo canal do relâmpago, a injeção de corrente no canal a partir do ponto de junção, bem como a parcela de corrente transmitida à torre. Os modelos de engenharia são usados nesta tese, com o propósito de estimar as correntes de descarga registradas em um mesmo relâmpago, no topo e na base, nas torres do Morro do Cachimbo (MCS) com 60 m de altura, Monte San Salvatore na Suíça (MSS) com 70 m de altura e Monte Peissenberg na Alemanha (MPS) com 160 m de altura. Curvas de correntes reproduzidas analiticamente, coeficientes de reflexão, alturas de montagem dos sensores de corrente nas torres e diferentes alturas destas são os parâmetros considerados nos modelos. Com o objetivo de contornar a modificação nas impedâncias, conseqüência da alteração nos meios condutores entre canal (plasma ionizado) e torre, os cálculos foram efetuados por partes, ou seja, na base do canal acima do topo da torre, no topo da torre em um ponto inferior à base do canal e na base da torre no nível do solo. Com base nos modelos simulados e considerando apenas as torres MCS, MSS e MPS, os resultados podem ser distinguidos entre as primeiras descargas de retorno e as descargas de retorno subsequentes. Para as descargas de retorno, a posição de montagem dos sensores de corrente nas torres analisadas não interfere se as medições são feitas na base ou no topo. Quanto às descargas subseqüentes, essas resultaram deferentes respostas. Nos casos em que foram aplicadas curvas de correntes hipotéticas, para as torres MCS e MSS, as correntes estimadas na base resultaram superiores às correntes no topo, numa faixa de 14% a 19% enquanto que, aplicando uma curva analítica baseada na curva média obtida na base da estação MCS, quanto estimada no topo da mesma torre, nenhuma diferença foi encontrada. Em outra simulação nas torres MCS e MPS, envolvendo uma curva de corrente padronizada e iguais coeficientes de reflexão nas duas torres, as correntes estimadas na base resultaram superiores às correntes no topo, numa faixa de 31% a 36%. Considerando que as correntes médias na MCS são superiores até 50% às correntes médias na MSS, conclui-se que os dados registrados na torre MCS fornecem médias de corrente de descarga de retorno, cujas amplitudes máximas são pelo menos, 50% superiores às obtidas em MSS. As médias de corrente de descargas subsequentes, por outro lado, apontam para uma diferença percentual numa faixa mais estreita, compreendida entre 20 e 30%. === The effect of an elevated strike object on the measured current in the top and the bottom of Morro do Cachimbo (MCS) station instrumented tower is modeled, considering a current divisor applied at the tower top, and that the channel current is supplied by the current source located at the attachment point. The mathematical formulations of the engineering models were applied in order to distinguish if the estimated current at the tower top or bottom is different considering the same event. The developed model for lightning striking short and long electrically towers, was applied to the Morro do Cachimbo (MCS), Mount San Salvatore (MSS) stations, and Mount Peissenberg tower (MPT). The mean return stroke current curve, computed from the experimental data acquired at the Morro do Cachimbo tower, was modeled by a Heidler Current Function and applied to the model for different wave reflection coefficients, locations of the current sensors and the tower heights. The results of modeling appear to be in accordance with a model based on the distributed current source along the lightning channel. The distribution current source model is expressed in terms of the undisturbed current, object height, and current reflection coefficients at the top and the bottom of the object. It was considered the distributed-source representation of the lightning channel including a self-consistent treatment of the impedance discontinuity at the channel base and the tower top. We conclude that the location of measuring instrument on the tower (bottom or top) causes no significant differences in the first return stroke current peak. On the other hand, for the subsequent return stroke, the location of measuring instrument on the tower (bottom or top) causes differences in the estimated current peak at the tower base from 20% to 30% greater than the estimated current peak at the tower top.