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Jun 08, 2023

Prevendo ignição de incêndio florestal induzida por condutor dinâmico oscilando sob ventos fortes

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3998 (2023) Citar este artigo

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Durante eventos de vento forte com condições de tempo seco, os sistemas de energia elétrica podem ser a causa de incêndios florestais catastróficos. Em particular, o contato do condutor com a vegetação foi reconhecido como a principal causa de ignição de incêndios florestais relacionados a serviços públicos. Há uma necessidade urgente de uma análise precisa do risco de incêndio florestal para apoiar a tomada de decisões operacionais, como o manejo da vegetação ou desligamentos preventivos de energia. Este trabalho estuda o mecanismo de ignição causado pelo balanço do condutor de transmissão para a vegetação próxima e resultando em flashover. Especificamente, o estado limite estudado é definido como o condutor invadindo a distância mínima prescrita da vegetação. As características estocásticas da resposta de deslocamento dinâmico de uma linha de transmissão multi-span são derivadas através de análise espectral eficiente no domínio da frequência. A probabilidade de invasão em um local especificado é estimada resolvendo um problema clássico de primeira excursão. Esses problemas geralmente são resolvidos usando modelos estáticos equivalentes. No entanto, os resultados mostram que a contribuição do vento aleatório para o deslocamento dinâmico do condutor é apreciável sob ventos turbulentos fortes. Negligenciar esse componente aleatório e dinâmico pode levar a uma estimativa errônea do risco de ignição. A duração prevista do evento de vento forte é um parâmetro importante para determinar o risco de ignição. Além disso, a probabilidade de invasão é altamente sensível ao desmatamento e à intensidade do vento, o que destaca a necessidade de dados de alta resolução para essas quantidades. A metodologia proposta oferece um caminho potencial para a previsão precisa e eficiente da probabilidade de ignição, que é um passo importante na análise de risco de incêndio florestal.

O incêndio florestal, também conhecido como incêndio florestal, pode ocorrer quando há clima desfavorável (baixa umidade, alta temperatura, ventos fortes, etc.) combinado com combustível de vegetação seca. Nas últimas décadas, os incêndios florestais se tornaram uma ameaça grave em todo o mundo, como no sul da Europa, América do Norte e sudeste da Austrália1,2,3. Os incêndios florestais em diferentes regiões apresentam características regionais, pois as condições locais afetam as causas típicas de ignição, o comportamento do fogo, etc. Nos Estados Unidos, o incêndio florestal é um perigo particularmente importante na Califórnia, que tem sofrido frequentes incêndios florestais devastadores. O Departamento de Florestas e Proteção contra Incêndios da Califórnia (CAL FIRE) relatou uma média anual de 3.217 incidentes de incêndio florestal e 624.728 acres queimados na Califórnia durante 2016~20204. Embora os incêndios florestais possam ser iniciados por uma ampla variedade de causas (por exemplo, raios, incêndio criminoso, fumo, etc.), as linhas de transmissão elétrica demonstraram ser a única fonte de ignição não decrescente5. As estatísticas mostraram que dos 20 incêndios florestais mais destrutivos da Califórnia, pelo menos cinco foram iniciados em sistemas de energia, incluindo o Camp Fire de 2018, que destruiu 18.804 estruturas e ceifou 85 vidas6. De fato, incidentes provocados por sistemas de energia têm maior probabilidade de se transformar em grandes incêndios florestais, devido à sua relação especial com condições climáticas extremas. Uma rede de energia, composta por vários componentes e equipamentos, pode sofrer um aumento acentuado de falhas/falhas sob ventos fortes7,8. Com a contribuição do ar quente e seco, vários mecanismos de ignição podem ser acionados, e incêndios podem ser iniciados onde houver a presença de combustíveis. Além disso, ventos fortes podem facilitar muito a propagação do fogo, além de dificultar os esforços de combate ao fogo. O vento é o fator climático determinante para a ignição da linha de força. Isso foi indicado pela ocorrência conjunta de incêndios florestais relacionados a linhas de transmissão e ventos extremos sazonais na Califórnia9,10. Esses ventos foehn (conhecidos como ventos de Diablo ou ventos de Santa Ana) são caracterizados por intensidade e rajadas notáveis.