Computational modeling of grounding systems transient response using equivalent circuits - (:unkn) unknown (Editorial Tecnológica de Costa Rica (entidad editora), 2026)
Modelagem computacional da resposta transitória de sistemas de aterramento por meio de circuitos equivalentes
To enable the modeling of grounding systems in systemic studies and transient calculations and to increase the accuracy and reliability of the models used, equivalent circuits must be studied in order to enable the representation of dynamic effects, frequency dependence of soil parameters and soil ionization. In this sense, this paper presents a methodology that combines electromagnetic simulation solved by finite-element method (FEM) with a time-domain optimization step, which makes it possible to obtain equivalent circuits for grounding systems in the design stage. The methodology was evaluated using two case studies. Initially, three different circuit topologies had their parameters adjusted from simulations of the response of a single-rod grounding system for different levels of soil resistivity. The proposed methodology proved to be flexible and adequate to the represent soils with a wide range of resistivity values, with error levels lower than 2%. Then, the applicability of the methodology to model a non-linear response associated with soil ionization was demonstrated. The results show that the insertion of improved circuit models allows for greater reliability in the planning of electrical power systems.
De modo a viabilizar a modelagem de sistemas de aterramento em estudos sistêmicos e de cálculo de transitórios e aumentar a exatidão e confiabilidade dos modelos utilizados, circuitos equivalentes devem ser estudados de modo a possibilitar a representação de efeitos dinâmicos, de dependência com a frequência dos parâmetros de solo e de ionização do solo. Neste sentido, este artigo apresenta uma metodologia que une simulação eletromagnética com o método dos elementos finitos (MEF) a uma etapa de otimização no domínio do tempo, a qual possibilita a obtenção de circuitos equivalentes de sistemas de aterramento ainda na etapa de projeto. A metodologia foi avaliada mediante dois casos de estudo. Inicialmente, três diferentes topologias de circuito tiveram seus parâmetros ajustados a partir de simulações da resposta de um sistema de aterramento composto por uma haste para diferentes níveis de resistividade do solo. A metodologia proposta se mostrou flexível e adequada à representação de sistemas de aterramento instalados em solos com uma ampla faixa de valores de resistividade do solo, com níveis de erro menores que 2%. Em seguida, demonstrou-se a aplicabilidade da metodologia para modelar uma resposta não-linear associada à ionização do solo. Os resultados evidenciam que a inserção de modelos de circuito aprimorados possibilita uma maior confiabilidade no planejamento de sistemas elétricos de potência.
Keywords: Circuit models; electromagnetic transients; frequency dependence of soil Parameters; grounding system; ground potential rise; ionization; Aterramento; parâmetros do solo; elevação do potencial de terra; ionização; modelos de circuito; transitórios eletromagnéticos; grounding system; ground potential rise; ionization