Rosângela Santarem Rodrigues
Resumo
Neste trabalho analisa-se o comportamento dinâmico e o mecanismo de colapso de torres de linhas de transmissão de energia elétrica – torres TEE – sob ação do vento. Investiga-se o cenário de um grande número de acidentes onde o colapso estrutural de uma ou mais torres ocorre sem que a velocidade de vento de projeto tenha sido alcançada e, ainda, sem que as linhas de transmissão sofram ruptura. Os Capítulos II, III e IV são endereçados àqueles que vierem dar continuidade à esta linha de pesquisa, podendo ter sua leitura dispensada por especialistas no assunto, que poderão dirigir-se diretamente ao Capítulo V. Com auxílio de um modelo tridimensional em elementos finitos, que contempla a interação entre o escoamento de ar – cabos elétricos – estrutura, e dos procedimentos da análise dinâmica não-linear, é possível reproduzir os grandes deslocamentos angulares das cadeias de isoladores e cabos elétricos, despertados pela ação do vento numa linha real. Os resultados numéricos são utilizados nas avaliações da estabilidade de uma torre típica, identificando falhas em seus componentes estruturais e a mecânica do colapso global. Um modelo analítico simplificado é sugerido como ferramenta auxiliar para a análise preliminar do comportamento não-linear e para estimativa da freqüência fundamental do sistema estrutural. Finalmente, é apresentada uma proposta de instalação de atenuadores dinâmicos sincronizados – ADS – para reduzir as amplitudes das oscilações das linhas de transmissão já energizadas ou de novas linhas de transmissão a serem construídas.
Abstract
In this work the dynamic behaviour and the collapse mechanism of transmission line towers under the action of wind is analysed. It is investigated the scenario of a great number of accidents in which the design wind speed had not been reached and, also, without any kind of damage to the electric components of the transmission system, except those related to the collapse of towers. Chapters II, III and IV are directed to those lecturers which will continue the research on wind action on slender structures, and they can be discarded by experts in the subject, which can begin the reading directly in Chapter V. Applying a 3D-FEM model which takes into account the air flow – electric cables – structure interaction, and the procedures of the non-linear dynamic analysis, it is possible to represent the large displacements of the electric cables allowed by large angular displacements of the chains of insulators, induced by the wind action on an actual transmission line. Then, the numerical results are used to the tower stability and strength analyses, identifying localized failures at the structural components, as well as the mechanics of the global collapse. A simplified analytical model is suggested as an auxiliary tool to be used in the preliminary analysis of the non-linear behaviour and in the evaluation of the system fundamental frequency; finally, a proposal of tuned mass damper – TMD – to be installed is presented, which is the corrective action for the problem in both cases: existing transmission line systems as well as new ones to be designed.
