Este trabalho tem como objetivo fornecer contribuições ao estudo de sistemas de aterramento de linhas de transmissão em regime harmônico senoidal, utilizando o Método de Elementos Finitos (MEF), por intermédio de diferentes técnicas de truncamento do domínio de estudo e estratificação do solo, para a criação de modelos computacionais tridimensionais capazes de simular a resposta de diferente topologias de aterramento frente a situações de descargas atmosféricas e surtos de manobra. Dentre os principais subprodutos desta pesquisa, destacam-se: (i) o desenvolvimento de um modelo de otimização a partir do desenvolvimento de um Algoritmo Genético (AG) para estratificação e representação do solo avaliado em um modelo multicamadas, utilizando-se de medições de resistividade experimentais, realizadas em campo; (ii) o desenvolvimento e validação de modelos computacionais tridimensionais, para diferentes topologias de sistema de aterramento, a partir da determinação de suas resistências e impedâncias de aterramento frente à variações de frequência, inicialmente realizadas para solos homogêneos; (iii) incorporação dos parâmetros de estratificação, obtidos através do AG desenvolvido, aos modelos computacionais, possibilitando a avalição dos sistemas de aterramento frente às não homogeneidades do solo, bem como a escolha do modelo de estratificação que o represente. O AG foi desenvolvido por meio de rotinas elaboradas em software dedicado à programação de problemas de engenharia, seguindo a conceituação clássica de um AG. Os modelos computacionais, por sua vez, foram desenvolvidos com o auxílio do software dedicado à análise eletromagnética através do MEF. A metodologia adotada se baseou na formulação nodal do método, com utilização do potencial vetor magnético, A , e potencial escalar elétrico, V, com aproximação realizada através de elementos de segunda ordem. As simulações foram realizadas sob a ótica do fenômeno magnético em regime harmônico, adequadas à operação em altas frequências. Para a delimitação do domínio dos modelos computacionais foram adotadas três metodologias de truncamento: (i) truncamento a partir de imposição de condição de Dirichlet homogênea sob potencial elétrico (truncamento simples); (ii) truncamento a partir de imposição de condição de Dirichlet não homogênea sob potencial elétrico (truncamento utilizando formulação analítica de distribuição de potencial emsolo homogêneo); (iii) truncamento utilizando-se a técnica intitulada Perfectly Matched Layers (PML). De posse dos resultados obtidos nas simulações e do cálculo analítico das resistências e impedâncias de aterramento, fez-se possível a comparação e aferição dos modelos, avaliando o impacto da técnica de truncamento adotada.

The aim of this research is to provide contributions to former study applications regarding transmissions lines grounding systems in AC steady state, applying the Finite Element Method (FEM), using different truncation methodology and soil stratification, in order to develop tridimensional computational models and simulate many different topologies of grounding systems during lightening discharge and maneuver surge. Among the main sub products of this research, it might be highlighted: (i) the development of an optimization model through a Genetic Algorithm (GA) dedicated to compute the parameters of a multilayer earth structure, throughout the stratification process obtained with experimental resistivity measurements performed in the field; (ii) development and validation of three-dimensional computational models for different grounding system topologies, based on the determination of their grounding resistances and impedances in the face of frequency variations, for a homogenous soil; (iii) incorporation of the soil stratification parameters, obtained through the developed GA, to the computational models allowing the evaluation of this grounding systems in face of the soil non-homogeneities, as well as the best representation for the multilayer model. The GA was developed in a programming platform dedicated to engineering solutions. The threedimensional models were fully designed in FEM software dedicated to the electromagnetic analyses. The nodal FEM methodology was adopted to discretize the domain, using the magnetic vector potential, A , and electric scalar potential, V, through second order elements. All the simulations were taken under the AC steady state, regarding high frequencies operations. In order to limit the computational domain, three different truncation methods were adopted: (i) truncation by Dirichlet's homogeneous conditions imposed on the voltage (simple truncation); (ii) truncation by Dirichlet's non-homogeneous conditions imposed on the voltage (analytical truncation using the voltage distribution equation, for homogeneous soils); (iii) truncation using the Perfectly Matched Layers - PML technique. With the results obtained in the simulations and analytical calculation for the grounding resistances and impedances, it was possible to compare and evaluate the developed models, considering the impacts of the truncation technique adopted.