O pacote AutoGroundDesign desempenha análises automatizadas de sistemas de aterramento com perímetro arbitrário e identifica uma configuração econômica de malha em conformidade com os critérios de segurança definidos pelo usuário. Essa configuração pode ser usada para projetar malhas eletricamente pequenas o suficiente para serem consideradas equipotenciais.

---

Descrição técnica

Contando com funções inteligentes e poderosas para ajudar os engenheiros eletricistas, o AutoGroundDesign é a única ferramenta inteiramente automatizada capaz de analisar e projetar sistemas de aterramento horizontais com formato arbitrário sem intervenção do usuário entre as fases de concepção.

Uma abordagem multietapa é usada na concepção do sistema, começando com a especificação manual dos seus parâmetros, dos critérios de segurança, dos dados do solo e da corrente de falta. Em seguida, tem início o processo de criação, começando com uma malha composta por uma placa metálica enterrada (pois fornece a menor resistência, tensão de toque e de passo) para determinar se os limites de segurança necessários são alcançáveis. Se forem, um sistema de aterramento com um número mínimo de condutores é calculado. A partir desses resultados, um projeto preliminar é selecionado, com base no banco de dados de referência da SES, em outras regras ou conforme especificado manualmente pelo usuário. Desse modo, o projeto inicial é refinado recursivamente para ter seu desempenho melhorado e satisfazer as restrições de segurança, ao mesmo tempo em que tem seu custo reduzido. Essas etapas são descritas com mais detalhes abaixo.

Extensas coleções de malhas predefinidas foram analisadas e construídas. Há uma estratégia para identificar rapidamente a malha apropriada, ao mesmo tempo em que o tamanho do banco de dados é minimizado. O tempo dedicado a projetar uma malha de aterramento segura e econômica é reduzido pelo uso dessas técnicas de automação e de bancos de dados apropriados.

---

---

A natureza desse software baseada em componentes permite que você se concentre nas suas necessidades imediatas, que podem ser, por exemplo, calcular primeiro a resistência de uma malha simples. Depois, conforme suas necessidades evoluem, como executar análises de segurança completas de sistemas de aterramento complexos de subestações, você pode considerar o upgrade para um software com recursos mais sofisticados.

Duas versões de AutoGroundDesign estão disponíveis:

Ambos os pacotes incluem utilitários (um módulo para o cálculo da ampacidade do condutor – SESAmpacity –, servidores gráficos, editores de texto etc.).

---

Contexto

---

Recursos

O AutoGroundDesign tem recursos únicos. Ele:

• Gera projetos de sistemas de aterramento com base em uma descrição simples do local da subestação. Os requisitos de entrada de dados são reduzidos a um mínimo, ou seja, configurações do ambiente, dados do solo, zona da malha de aterramento, corrente de falta na malha, dados relacionados à segurança, assim como parâmetros e controles automatizados de criação.
• Modela sistemas de aterramento e avalia o desempenho deles. Ele é bem apropriado para analisar e projetar malhas desde que as impedâncias longitudinais de seus condutores possam ser negligenciadas.
• Analisa e projeta malhas de aterramento horizontais com formato arbitrário que consistem de arranjos verticais e horizontais de condutores nus enterrados em solo uniforme ou multicamada. Isso é feito por um método automático de concepção de malhas que considera qualquer forma poligonal.
• Apresenta uma interface amigável, simplificando a especificação da zona do aterramento horizontal arbitrário. O formato dessa zona pode ser definido e exibido dinamicamente na interface. Cada vértice pode ser movido a uma nova posição, tendo seus dados imediatamente atualizados na grade de informações e vice-versa.
• Realiza projetos automatizados usando vários procedimentos, entre eles os métodos Automático, Linear e do Ponto Médio. Esses procedimentos especificarão adequadamente o progresso do processo automatizado, usando bancos de dados de malhas, algoritmos e técnicas de busca inteligentes, examinando o desempenho e avaliando critérios e restrições de forma mais eficiente.
• Oferece outros três modos de operação – um estimador, um preditor de configuração e um de dimensão – que permitem ao usuário estimar com precisão e rapidez a resistência de diversos sistemas (malhas, placas, conjunto de hastes, eletrodos em forma de estrela, anéis circulares etc.), predizer o tamanho (a dimensão) ou ainda a configuração dos sistemas que satisfaçam essa resistência.
• Inclui resultados intermediários das análises de aterramento, resistividade do solo e distribuição de corrente de falta e de todas as etapas envolvidas no processo automatizado.
• Apresenta técnicas eficientes e inteligentes desenvolvidas para gerar diferentes tipos de pontos de observação, a fim de realizar cálculos com precisão e, ao mesmo tempo, minimizar o tempo de cálculo durante as etapas iterativas. Na etapa final de cálculo, um conjunto completo de pontos de observação pode ser definido automaticamente ou pelo usuário, para produzir gráficos retangulares convencionais 3D e de pontos 2D úteis para explorar os resultados.

---

Tecnologias e procedimentos de concepção de sistemas de aterramento

Considere o processo tradicional de criação de um sistema de aterramento de subestação. Com base na experiência e nos requisitos de ligação desse aterramento, é desenvolvida e analisada uma configuração preliminar desse sistema. Os resultados são examinados para determinar se todos os requisitos de projeto são atendidos. Se nem todos forem satisfeitos, ou se eles forem excedidos em uma margem considerável, sugerindo a possibilidade de economia significativa, são feitas modificações, e nova análise tem início.

Para produzir um projeto otimizado, é necessário o conhecimento da estrutura do solo e da corrente de falta real que flui para a subestação. Além disso, muitos fatores são essenciais: as proporções geométricas da malha, sua profundidade, o tipo de condutores e se as hastes de aterramento estão ligadas à malha.

Uma abordagem multietapa é usada na criação automatizada do sistema de aterramento.

• Primeiro, um sistema de aterramento composto por uma placa metálica enterrada é usado como referência. Ele fornece a menor resistência da terra possível para uma malha de um dado tamanho e serve para determinar se a resistência desejada e se os limites de segurança seriam alcançados com essa placa maciça. Em caso negativo, o processo para e o usuário é avisado de que a criação é impossível sem medidas de mitigação adicionais.
• Segundo, um sistema composto por um número mínimo de condutores – apenas ao longo da periferia da malha, com (ou sem) alguns outros dentro dela, por exemplo – é analisado para verificar se a resistência desejada e se os limites de segurança seriam alcançados por essa malha esparsa. Se sim, o processo de criação é completado com rapidez, sem necessidade de recorrer ao banco de dados de projetos de referência ou a técnicas de iteração.
• Terceiro, uma malha preliminar apropriada é selecionada com base em um banco de dados de referência da SES e em outras regras inteligentes, ou conforme especificado manualmente pelo usuário. O uso desse banco baseia-se nos dados de entrada fornecidos pelo usuário, tais como o tamanho e as proporções geométricas da malha, o tipo de estrutura do solo, a corrente de falta injetada e os critérios de segurança.
• Por último, a concepção inicial é refinada recursivamente usando técnicas baseadas em regras e algoritmos para melhorar seu desempenho e satisfazer as restrições de segurança, reduzindo ao mesmo tempo seu custo geral. Se não for preciso fazer nenhuma modificação manual na malha refinada (na localização dos condutores, por exemplo), ela pode, então, ser usada como a base para o projeto final. O AutoGrid Pro e o MultiGround poderiam ser usados para fazer modificações manuais.

---

Estrutura da criação automatizada do sistema de aterramento

O AutoGroundDesign integra os seguintes módulos, na seguinte estrutura:

Módulo central automatizado de concepção do aterramento

Este módulo de controle central tem uma interface simples que permite aos usuários estabelecerem o projeto automatizado do sistema de aterramento de forma rápida e eficiente. Ele gerencia e coordena os dados de entrada e é usado para calibrar o processo iterativo, com o objetivo último de oferecer um projeto que satisfaça todos os requisitos sem ser muito conservador; portanto, com boa relação custo-benefício. Os parâmetros do projeto incluem a seleção da metodologia para obter a concepção inicial do sistema, para especificar qual metodologia de banco de dados deve ser usada e para especificar a quantidade máxima de iterações e a taxa de evolução da malha a cada iteração.

Módulo de análise do aterramento

Este módulo é usado para analisar o sistema de aterramento das redes de potência sujeitas a correntes de frequência de energia CA ou CC descarregadas em diversas estruturas de solo. Ele calcula o desempenho de segurança em termos de GPR e tensões de toque e de passo.

Módulo de análise do solo

Este módulo é dedicado ao desenvolvimento da estratificação do solo equivalente tendo por base a medição da resistência ou da resistividade aparente. Ele pode gerar modelos de solo com múltiplas camadas horizontais.

Módulo de análise da distribuição da corrente de falta

Este módulo calcula a distribuição da corrente de falta em múltiplos terminais, linhas de transmissão e alimentadores de distribuição usando o mínimo de informação e um conjunto simples de dados relativos à rede. Terminais com múltiplos blocos podem ser definidos, tendo cada bloco parâmetros de linha diferentes. O comprimento dos vãos e a posição dos condutores neutros e de fase, entre outras características, podem, da mesma forma, variar de um bloco para outro. Ele fornece a corrente de falta real que flui para uma malha de aterramento, além das correntes nos cabos para-raios, nas estruturas das torres e cobertura de cabos. As impedâncias própria e mútua dos cabos para-raios e da cobertura dos cabos também são calculadas e estão disponíveis.

Módulo de segurança

Este módulo gera os limiares de segurança baseados nas normas IEEE 80, IEC 479, nas normas próprias do usuário ou na combinação delas para duas zonas geométricas (dentro e fora da malha), representando áreas com limiares de segurança tipicamente diferentes. Os limites de tensão de segurança calculados são usados para decidir se todo o processo deve parar ou continuar. Os parâmetros para determinar os limites de tensão de segurança são: tempo de dissipação da falta, resistividade e espessura da camada de cobertura do solo (brita, por exemplo), resistividade equivalente da camada subterrânea (a resistividade do solo sob a camada que cobre a superfície), resistência do corpo, opcionalmente a resistência do pé e a de proteções como luvas ou botas, e um método de cálculo do limiar da corrente de fibrilação.

Ferramentas de exibição e de geração de gráficos e relatórios

Um módulo CAD é usado para exibir e editar (a edição requer o AutoGrid Pro ou AutoGround/MultiGround) as malhas tridimensionais compostas por segmentos de linhas retas. Esses segmentos representam tanto condutores metálicos quanto perfis de observação. Eles podem ser vistos de qualquer direção e de diferentes formas no SESCAD. O AutoGroundDesign também possui um visualizador 3D incorporado.

Além disso, os resultados impressos no arquivo de saída podem ser visualizados e plotados a partir do resumo do projeto, e os gráficos e relatórios finais podem ser visualizados no SESSystemViewer ou no GRServer.

O GRServer é um poderoso processador de saída para exibir o resultado dos cálculos em vários formatos gráficos ou de impressão. Esse módulo também tem a capacidade de exibir os dados de entrada e até mesmo de lançar o módulo de análise de aterramento.

Por fim, SESSystemViewer exibe o resultado dos cálculos em 2D ou 3D diretamente sobre a configuração do sistema da malha de aterramento.