A generalized finite element method for Earth return impedance and admittance in vertically-multilayered media

Abstract

Este trabalho descreve o problema da modelagem precisa de parâmetros de cabos aéreos e subterrâneos (impedâncias e admitâncias de retorno pela terra) para estudos de interferência eletromagnética (IEM) em solos lateralmente estratificados. É desenvolvida uma ferramenta computacional avançada baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), utilizando uma cadeia de ferramentas de código aberto (LineCableLab, LineCableModels.jl, GetDP, Gmsh). A metodologia proposta supera as limitações dos modelos magnetostáticos tradicionais ao empregar uma formulação eletrodinâmica completa, que inclui a permissividade do material e uma transformação de domínio de casca infinita. Isso permite o cálculo de parâmetros fisicamente consistentes em um amplo espectro de frequências (0,1 Hz a 1 MHz). Os códigos são validados por meio de estudos de caso e comparações com dados de fabricantes de cabos. A ferramenta é aplicada a cenários complexos, como um cabo submarino HVDC de 525 kV, e em simulações de transientes no PSCAD, demonstrando a importância da modelagem detalhada para a correta avaliação de riscos. Este trabalho é de interesse prático para as indústrias de energia elétrica, óleo e gás, e de energias renováveis (eólica offshore), contribuindo com o desenvolvimento de técnicas avançadas para prever e mitigar riscos em projetos que envolvam acoplamento eletromagnético em solos complexos.