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Análise da Eficiência da RDR-SIPAM para Modelagem de uma Rede de
Detecção de Raios para Amazônia
Rafael N. Muniz, Brígida R. P. da Rocha
Valquiria G. Macedo
Universidade Federal do Pará, Faculdade de Engenharia Elétrica
Rua Augusto Corrêa, 01 – Guamá – 66075-110 – Belém, Pará
[email protected], [email protected], [email protected]
Palavras-chave: Matemática aplicada, Amazônia, descargas atmosféricas, modelagem, rede de detecção de
raios.
Resumo: O estudo de descargas atmosféricas vem sendo intensificado com a evolução das
telecomunicações e da computação científica. Um sistema de detecção de raios se faz necessário para
obtermos dados estatísticos sobre as incidências de descargas atmosféricas, contribuindo para o
conhecimento de fenômenos da natureza, evitando dessa forma prejuízos econômicos em redes de
distribuição de energia, sistemas de telecomunicações e também mitigando consequências danosas para
vários ramos da sociedade.
1 Introdução
A região Amazônica possui uma das maiores incidências de descargas atmosféricas do planeta,
sendo o nível médio de corrente de pico superior ao de outras regiões do mundo. Esse parâmetro interfere na
proteção de sistemas elétricos, em especial para linhas de transmissão expostas a ação das descargas [1]. Em
virtude da necessidade de proteção é necessário conhecer os mecanismos físicos de eletrificação de nuvens
cumulo nimbos, nas diversas situações de tempo e clima, que propiciam aumento do número de eventos e de
intensidade de corrente dos raios nuvem-solo.
A detecção de descargas atmosféricas na região amazônica vem sendo realizada por uma rede de 12
sensores operada pelo Sistema de Proteção da Amazônia (SIPAM). O banco de dados existente atualmente
possui cerca de oito milhões de eventos registrados pela Rede de Detecção de Raios do Sistema de Proteção
da Amazônia (RDR-SIPAM), referente aos anos de 2006 a 2010.
2 Materiais e Métodos
O estudo bibliográfico realizado procurou analisar os diversos sistemas de detecção de raios e suas
finalidades. Também foram estudadas as diferentes técnicas de detecção de raios existentes, assim como os
sensores de localização de raios, possibilitando o levantamento de dados para contribuir nos estudos de
modelagem de uma rede de detecção de raios para Amazônia. Abaixo seguem de forma resumida os
resultados desse estudo bibliográfico.
Uma rede de detecção de raios consiste em um complexo instrumento de medida utilizado para
detectar descargas atmosféricas que ocorrem tanto no céu quanto aquelas que atingem o solo, identificando
precisamente a localização do ponto de impacto de cada descarga. Isto é feito através de algoritmos
específicos e do uso de múltiplos sensores remotos que detectam os sinais emitidos pela descarga – uma
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radiação eletromagnética na faixa de 10 a 300 kHz - e filtram os sinais de outras fontes não provenientes de
raios. Cada sensor ao detectar um evento válido de uma descarga, envia os dados para o sistema de
processamento localizado em uma base central, conhecida como Central de Análise de Posição Avançada
(Advanced Position Analyzer – APA).
Diversas técnicas de detecção de descargas atmosféricas são utilizadas, cada uma apresentando
vantagens e desvantagens na sua utilização. As principais são a técnica de indicação de direção magnética
(MDF), a técnica da diferença do tempo de chegada (ToA), a técnica interferométrica e a combinação das
técnicas MDF e ToA.
As principais redes conhecidas que operam no mundo são: EUCLID (Europa); NALDN (EUA e
Canadá); SAFIR (Alemanha); CELDN (Europa central); RINDAT, BLDN, WWLL, SIDDEM e SIPAM
(Brasil); UKMO ATD (Ásia). Várias destas redes operam sobre uma base nacional e são de propriedade do
governo ou particular. Além disso, a distribuição espacial pode variar de uma localização esparsa para muito
heterogênea.
O Brasil possui cinco redes de detecção, a maioria operando sobre a responsabilidade de setores
governamentais, sendo elas: RINDAT (Rede Integrada de Detecção de Descargas Atmosféricas), abrangendo
grande parte da área monitorada do Brasil; BLDN (Rede de Detecção de Raios do Brasil), que cobre o estado
de Rondônia; SIDDEM (Sistema de Detecção de Descargas Atmosféricas e Eventos Meteorológicos
Críticos), cobrindo Mato Grosso do Sul, Santa Catarina e o Rio Grande do Sul; WWLL (World Wide
Lightning Location Network), cobrindo o Brasil inteiro, mas com baixa eficiência e precisão; RDR-SIPAM
(Rede de Detecção de Raios do Sistema de Proteção da Amazônia), que compreende os estados do Pará,
Maranhão, Tocantins e parte do Mato Grosso.
3 Resultados e Conclusões
Como objetivo de analisar a eficiência da RDR-SIPAM, trabalhamos com dados levantados de
fevereiro a abril de 2009 em comparação com a eficiência da rede no período de janeiro de 2007, quando
todos os 12 sensores estavam ligados.
Uma análise alternativa para determinação da eficiência de detecção da RDR-SIPAM foi feita
utilizando uma abordagem estatística [2]. Essas análises permitiram determinar os níveis de detecção e a
distribuição espacial dos mesmos proporcionados pela RDR-SIPAM em várias situações de detecção desde
12 sensores até combinações de 4 sensores da mesma rede.
Cada sensor trabalha com uma área de cobertura circular com 400 km de raio, sendo que para a
detecção é necessário a intersecção de, no mínimo, 3 sensores. Logo o sistema está em sua melhor
configuração quando todos os sensores estão ligados, caso da Figura 1. Na Figura 2, observa-se somente a
detecção dos sensores do setor Norte, que quando independentes trabalham com uma eficiência menor que a
desejada, mostrando o correlacionamento entre os sensores da rede [3].
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Figura 1: Mapa de cobertura dos sensores da RDR-
SIPAM, com os 12 sensores operando.
Figura 2: Mapa de cobertura dos sensores da RDR-
SIPAM, apenas com os sensores do setor Norte
operando.
Para realizar a modelagem de uma rede de detecção de raios para Amazônia, deve-se levar em
consideração a eficiência da rede que é operada através do SIPAM, aproveitando a experiência levantada
com o banco de dados existente desde 2006, e as diversas situações que essa rede já passou nesse período de
existência. É também necessário conhecer as peculiaridades da Amazônia, visto que compreende um
território vasto e com características geográficas e climáticas diferentes em cada região. Com uma eficiência
de detecção de 73%, a RDR-SIPAM possibilita a geração de informações e dados para o desenvolvimento de
pesquisas na área de climatologia, hidrologia e aquecimento global.
Agradecimentos
Ao SIPAM, que mediante parceria com a UFPA, cede os dados da RDR-SIPAM e espaço em suas
instalações para o desenvolvimento desta e de outras pesquisas. A toda equipe de trabalho do Laboratório de
Extra Alta Tensão, pelo apoio e orientação na minha trajetória de formação em Engenharia Elétrica na
UFPA.
Referências
[1] J. H. A. Monteiro, B. R. P. Rocha, C. S. Pereira, J. R. S. Souza, Lightning Variables Seasonal Changes
Over Eastern Amazonia em: Proceedings of the “29th International Conference on Lightning Protection”,
Uppsala, Sweden, v.2. p.1-8, 2008.
[2] C. S. Pereira, A. C. Almeida, E. J. P. Rocha, B. Simoes Neto, B. R. P. Rocha, Lightning Frequency Of
Occurrence Distribution Over Eastern Amazonia, em: “Ground 2008 & 3rd LPE - International Conference
on Grounding and Earthing & 3rd International Conference on Lightning Physics and Effects”,
Florianópolis, p. 459-462, 2008.
[3] W. A. P. Souza, “Análise de Desempenho da Rede de Detecção de Raios do SIPAM”. Dissertação de
Mestrado – Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica – UFPA. 2009.
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