Modelo computacional para simulação da formação do canal de descargas atmosféricas: desenvolvimento e aplicação para monitoramento da evolução das grandezas elétricas envolvidas

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a aplicação de um modelo computacional para avaliação das grandezas elétricas envolvidas nos processos de formação da descarga atmosférica negativa nuvem-solo, baseado no modelo do leader bidirecional. O modelo foi aplicado sistematicamente para interpretação dos efeitos associados aos processos e para a quantificação da evolução das grandezas, notadamente, os potenciais desenvolvidos na atmosfera, a carga elétrica total transferida pela descarga e sua distribuição nos canais, no solo e em estruturas aterradas, o campo elétrico ao nível do solo e no topo das estruturas aterradas, além da corrente média induzida nessas estruturas. Foram analisadas condições reais das ocorrências, incluindo a incidência em estrutura colocada em solo plano e em relevo acidentado. Em particular, usando como referência os dados simultâneos de medição e filmagem de uma descarga real, obtidos recentemente na Estação Morro do Cachimbo, foi determinada a evolução das grandezas elétricas a partir do traçado geométrico desta descarga e os resultados foram comparados com os do evento real. O modelo mostrou-se consistente e bastante útil para desenvolvimento de análises qualitativas e quantitativas, em certos casos, que subsidiam a interpretação dos processos envolvidos na formação da descarga nuvem solo. Foram obtidos resultados de interesse prático para a proteção contra descargas derivados da aplicação do modelo, sobretudo aqueles relacionados à definição do raio de atração de estruturas. Em particular, a estimativa do quociente entre os valores de campo elétrico médio acima do topo de estruturas e no solo próximo possibilita se estimar o limiar de campo associado ao surgimento do canal ascendente para determinação do parâmetro striking distance.This work presents the development and application of a computational model to evaluate the electrical quantities involved in the processes of formation of a CG lightning leader, based on the bidirectional leader model. The model was applied systematically for the interpretation of the effects associated to the processes and for quantification of the evolution of quantities, notably, the potentials developed in the atmosphere, the total electric charge transferred by the discharge and its distribution in the channels, in the ground and in grounded structures, the Electric field at ground level and at the top of the grounded structures, as well as the average current induced in these structures. Real conditions of the occurrences were analyzed, including the incidence at a structure placed on a flat ground and on a mountainous relief. In particular, using the simultaneous measurement and high-speed video data of a real lightning incidence, obtained recently at Morro do Cachimbo Station, the electrical quantities were determined from the geometric trace of this discharge and the results were compared with those of the actual event. The model proved to be consistent and very useful for the development of qualitative and quantitative analyzes, in several cases, that support the interpretation of the processes involved in the formation of negative CG lightning. Results of great interest were obtained for the protection against lightning derived from the application of the model, especially those related to the definition of the radius of attraction of structures. In particular, the estimation of the quotient between the values of average electric field above the top of structures and in the near ground makes it possible to estimate the field threshold associated to the emergence of the upward leader to determine the striking distance parameter